Что значит мощность солнечной батареи

Солнечная батарея: мощность, характеристики, выбор и установка

Все чаще жители России оборудуют свои дома и квартиры системами автономного питания или водоснабжения. Это неудивительно при темпе роста сумм в счетах за коммунальные услуги. К примеру, если нет возможности сэкономить на электроэнергии без установки дополнительного оборудования, неплохим выходом может стать приобретение мощной солнечной батареи с панелями для энергоснабжения всего дома или более дешевой, способной обеспечить питанием часть квартиры. Конечно, здесь не обойтись без первоначальных вложений, однако они довольно быстро окупаются. Именно о подобной автономизации сегодня пойдет речь.

Солнечная батарея – что это?

Если быть точным в определениях, то сама по себе такая АКБ бесполезна для автономизации дома. Для того чтобы система функционировала, требуется дополнительное оборудование. Для преобразования ультрафиолетового излучения в электрическую энергию понадобится комплект солнечных панелей, который чаще всего монтируется на крыше дома либо внешней солнечной стороне балкона квартиры.

Мощность самой батареи очень важна – именно она определяет количество оборудования, которое будет работать от подобного оборудования. Однако многое зависит от того, сколько солнечных дней в году в том или ином регионе. Вся энергия, принятая за день элементами для солнечной батареи (панелями), накапливается в батарее и расходуется в темное время суток.

Их чего состоит солнечная батарея

Подобная система состоит из 4 основных элементов:

1. Панелей, принимающих ультрафиолетовые лучи и передающих их на преобразователь.
2. Инвертора, способного сгенерировать переменный ток из постоянного.
3. Аккумуляторных батарей, накапливающих энергию, полученную от панелей.
4. Датчика, контролирующего заряд. Он не дает батарее принять излишнюю энергию и увеличивает эффективность всей системы.

Стоимость солнечных батарей для дома может существенно отличаться, в зависимости от их мощности и емкости (комплект из 1 батареи на 60 Вт, аккумулятора, контроллера и инвертора обойдется от 27 000 руб. без установки, тогда как набор из 4 батарей на 230 Вт – более 300 000).

Достоинства и недостатки подобных установок

Если сравнивать количество положительных и отрицательных качеств солнечных батарей (мощность здесь значения не имеет), то плюсов можно найти значительно больше, чем минусов. Основными достоинствами можно назвать:

• отсутствие необходимости оплаты электроэнергии, что значительно экономит семейный бюджет;
• долговечность;
• техническое обслуживание не требуется в течении всего срока работы;
• шум, возникающий, к примеру, при работе обычного генератора отсутствует;
• достаточный коэффициент полезного действия (КПД);
• выработка электроэнергии является экологически чистой – какие-либо выбросы в атмосферу отсутствуют.

Отрицательный момент использования таких систем — это довольно высокая цена солнечных панелей. А также зависимость от погоды и необходимость наличия опыта установки и электромонтажа.

Цена солнечных панелей и ее зависимость от КПД

Стоит сразу отметить, что слишком высокого коэффициента полезного действия ожидать от подобных систем не стоит. В среднем это 9-19 %. Наиболее дешевым видом (от 70 руб. за 1 Вт) выработки электроэнергии можно назвать панели, изготовленные из теллурида кадмия – их КПД равен 11 %.

Немного дороже (от 200 руб. За 1 Вт) обойдутся пленочные изделия, коэффициент которых составляет около 9 %. Однако они наиболее просты в монтаже.

Самыми же дорогими являются монокристаллические кремниевые панели (1 комплект от 20 000 руб.). Они сложнее в установке, но имеют КПД до 19 %.

Критерии выбора оборудования по мощности

В зависимости от того, для питания какого оборудования будут использоваться панели, подбираются и их параметры. Именно поэтому, перед тем, как рассчитать мощность солнечных батарей для дома, следует переписать характеристики бытовых и осветительных приборов на отдельный лист. После этого складываются все показатели мощности, а к полученному значению добавляется 30 %. Это делается для того, чтобы осталась возможность подключения новой техники, которой в квартирах с каждым годом становится все больше.

При выборе стоит помнить, что АКБ малой мощности используют лишь для освещения дома и зарядки нескольких устройств. Средний класс уже способен обеспечить электроэнергией все бытовые устройства жилища. А вот солнечные батареи большой мощности дают возможность дополнительно подключить и отопление. Если установлены подобные АКБ и правильно подобрано количество панелей, это обеспечит полную автономность и независимость от централизованного энергоснабжения.

Как проверить выходную мощность солнечной батареи (панели)

Довольно часто потребители жалуются на несоответствие заявленных параметров оборудования с реальными. Особенно это касается фотоэлементов, приобретенных на китайских интернет-ресурсах. Для того чтобы убедиться, верно ли указаны технические данные, можно воспользоваться несколькими способами. Конечно, наиболее точный, но вместе с тем и дорогостоящий – это сдать панель в специализированную лабораторию. Но в России люди привыкли справляться со всеми вопросами своими силами. К тому же, лишние затраты здесь ни к чему, а значит стоит рассмотреть другие варианты.

Более сложный способ самостоятельной проверки

Для его производства потребуется специальный МРТТ-контроллер. Оборудование недешевое, но те, кто сталкивался с подобной проблемой, знают, что погрешность измерений при его использовании составляет всего 5 %. Также необходимо иметь под рукой чуть разряженный аккумулятор. Все замеры производятся в солнечную погоду при температуре не менее +18 °С. Порядок действий следующий:

• панель устанавливается под углом 45˚ к солнечным лучам;
• контроллер подключается к АКБ, после чего к нему присоединяют фотоэлемент;
• полученные на дисплее параметры (напряжение и ток) необходимо записать;
• показатели перемножаются.

Результатом будет реальная мощность, которую может вырабатывать панель.

Стоит отметить, что показания МРТТ-контроллера будут верными только при условии, что ток панели выше емкости аккумулятора. В обратном случае конечные данные по мощности следует умножить на 0,95.

Простейший вариант испытаний по мощности

Здесь не потребуется использования дорогостоящего оборудования. Достаточно обычного мультиметра. Перед тем как проверить мощность солнечной батареи, ее необходимо расположить аналогично предыдущему варианту, после чего установить тумблер тестера на максимум прямого тока. Записав эти показания, требуется переключить мультиметр на 10А и снова зафиксировать данные. Следует понимать, что конечный результат будет иметь погрешность около 10 %. На последнем этапе умножаем произведение зафиксированных показателей на коэффициент 0,78.

Размещение и коммутация солнечных панелей

Многие полагают, что если емкость батарей достаточна, централизованное энергоснабжение можно полностью отключить, однако это не так. Подобное обеспечение электричеством зависит от погодных условий, которые человек регулировать не в силах. Ведь если зимой будет пасмурная и снежная погода, которая задержится в регионе на 2-3 недели, то независимо от мощности солнечной батареи или ее емкости однажды жилище останется без электричества. Поэтому следует правильно смонтировать систему. Это позволит (в случае нехватки солнечного света) без проблем переключиться на централизованное питание.

Основную работу по переключению выполняет инвертор. Именно к нему подключены провода централизованной подачи электроэнергии и солнечной батареи. С помощью специальных микроконтроллеров подобное устройство самостоятельно переключит источник, если АКБ будет разряжена и наоборот. Таким образом, владелец и его техника полностью защищены от скачков или падений напряжения.

Даже если в регионе, где установлены солнечные батареи, солнечных дней всегда больше, и погода практически не преподносит сюрпризов, не стоит забывать о возможности выхода оборудования из строя. От поломки никто не застрахован, а остаться без света и тепла в зимнее время вряд ли кому-либо захочется.

Варианты коммутации батарей в зависимости от типа панелей

Здесь можно провести аналогию со светодиодными лентами, которые могут работать от различного напряжения. Чаще всего это 12, 24 или 36 В. Разница лишь в том, что солнечные панели могут вырабатывать 12, 24 или 48 В. Именно от этого и будет зависеть вариант подключения аккумуляторов:

• при напряжении 12 В все просто – более одного АКБ коммутируются параллельно, что увеличивает их емкость;
• 24 В – 2 аккумулятора подключаются последовательно. Возможен монтаж четырех, шести и т.д. Количество обязательно должно быть кратно двум (парным);
• 48 В – 4 (8, 12…) АКБ с последовательным подключением по 4 шт.

Многим последний вариант более по душе, однако не стоит недооценивать напряжение в 48 В – оно уже считается опасным для жизни и здоровья человека. По этой причине специалисты не советуют установку подобных систем при отсутствии должного опыта и знаний техники электробезопасности.

Некоторые советы по размещению батарей и панелей

При монтаже подобного оборудования не стоит стараться закрыть всю площадь крыши. Размещение панелей на солнечной стороне вполне оправданно, а вот там, куда лучи попадают редко, фотоэлементы совершенно ни к чему. Сами аккумуляторы должны быть защищены от попадания влаги. Вредны им и прямые солнечные лучи. Следует предусмотреть и безопасность детей, если таковые есть в доме. Несмотря на то, что для взрослого человека напряжение 12 В практически безвредно, здоровью малыша такой разряд может нанести серьезный ущерб, вплоть до летального исхода, не говоря уже о 24 и 48 В.

Оптимальным расположением АКБ будет чердак. Если же планируется размещение на балконе, то можно установить аккумуляторы вряд, вдоль стен. Что же касается общего монтажа, то довольно подробная информация изложена в следующем видео.

Подводя итоги

Уменьшение счетов за коммунальные услуги – мечта практически каждого жителя нашей страны. Если все правильно рассчитать, то установка солнечных батарей с мощностью, достаточной для обеспечения электроэнергией всех необходимых устройств и приборов, будет первым и самым основным шагом к полной автономности дома и независимости от централизованного электроснабжения.

В дальнейшем, пробурив скважину во дворе, владелец сможет практически полностью отказаться от услуг коммунальных служб. Единственное, от чего зависит автономизация дома – это финансовые возможности. Ведь изначально потребуется довольно приличная сумма, которая окупится лишь через 2-3 года. А значит, можно с полной уверенностью утверждать, что солнечные батареи – долгосрочная инвестиция, которая со временем принесет довольно существенные дивиденды.

Источник

Методы расчета мощности солнечных батарей

На земле существует большое количество альтернативных источников энергии. Каждый из них имеет свои особенности при использовании. И одним из самых экологичных является энергия солнечного света. На самом деле мощность солнечной энергии используется человечеством с древних времен и в различной форме:

• Летом используется тепло солнечных лучей для нагрева теплиц и создания оптимальных условий для их развития.
• Под лучами солнца человек сушил морепродукты, грибы, целебные травы и прочее.
• При конструировании солнечных печей можно вскипятить воду с использованием системы зеркал.

Все это непостоянно, нагретые солнцем за день предметы ночью быстро остывают. Человечество долго думало о том, как бы сохранить мощность солнечной энергии. И только в XXI-ом столетии стало использовать ее для накопления в виде тепла и электричества. Получение электрической мощности из солнечного излучения – это довольно действенный способ. На сегодняшний день он используется для обеспечения энергией от одиночных домов до небольших поселений или комплексов. И даже учитывая крайне небольшое время качественного солнечного излучения, популярность использования панелей не утихает. Но чтобы определить целесообразность этого генератора, необходимо посчитать мощность солнечных батарей. Об этом речь пойдет ниже в статье, прежде необходимо ознакомиться с понятием «солнечное излучение».

Что такое солнечная энергия?

Солнечная энергия – на самом деле это огромная сила, но чтобы ее получить, необходимо приложить немало усилий. Все дело в том, что технологии изготовления солнечных генераторных панелей имеют высокую цену и порой при расчете выгоды может оказаться так, что установка таких у себя дома будет окупаться на протяжении десятков лет, при условии постоянно ясных дней. А на самом деле эта цифра увеличится как минимум в 5 раз, и выгода будет заметна только вашим внукам или правнукам. И то, если конструкция панелей будет надежна и сможет столько прослужить. В идеальном расчете современные солнечные батареи могут выдавать до 1,35 кВт/м кв. и для получения 10 кВт потребуется всего 7,5 кв. м панелей. Но это в идеальных условиях. В реальности — площади солнечных батарей потребуется в 5-6 раз больше для получения той же мощности.

КПД современных солнечных панелей

Современные солнечные панели обладают не так уж и большим КПД. Фотоэлемент, площадью 1 кв. м выдает в идеальных условиях 1 кВт электрической энергии. Но это условие справедливо, если расстояние от поверхности панели минимально. И солнце находиться над ней. А лучи – строго перпендикулярно к плоскости и прозрачность атмосферы составляет не менее 100%. Таким условиям соответствует лишь вершина горы в тропической зоне и ясную погоду. В нашей климатической зоне можно добиться максимум 20%. Следовательно, с 1 кв. м можно получить от 150 до 600 Вт электрической энергии. Все дело в том, что интенсивность солнца в наших широтах весьма мала. К примеру, рассматривая российские города от Архангельска до Южно-Сахалинска, за месяц эксплуатации солнечной батареи можно получить максимум 209.9 кВтч/м кв. И то, эта цифра справедлива только в Сочи. При установке солнечной панели в Архангельске, месячный максимум получится не более 159.7 кВтч/м кв.

В средних широтах, в которых собственно мы с вами и проживаем, показатель мощности солнечной энергии соответствует уровню 100 Вт/кв. м. Но и эти данные весьма неточные. Потому что при повышенной облачности эта цифра будет уменьшаться до 2 и более раз.

Виды солнечного излучения

В зависимости от потока излучение разделяется на 2 вида: рассеянное и прямое. В зависимости от вида освещения выбирается угол наклона панели, тем самым повышая КПД установки. При прямом излучении угол должен быть строго определен. При рассеянном излучении этот показатель не важен. Поскольку интенсивность освещения во всех точках пространства примерно равна. Но между двумя этими разновидностями имеется существенное отличие. Оно заключается в мощности солнечного излучения на квадратный метр. В первом случае она многократно раз превышает второй, обеспечивая панель мощным потоком фотонов. Но таких ясных деньков в наших широтах, да и по всей планете, не так уж много. Поэтому производителям панелей приходиться использовать весь научно-технический потенциал, чтобы получить максимум энергии из того излучения. Такие технологии станут многим не по карману. Не говоря уже о сроке окупаемости, который может стать непостижимым на нашем веку.

Как распределяется энергия в солнечном спектре?

Солнце представляет собой универсальный генератор, который вырабатывает потоки световой энергии не только различной мощности, но и различной частоты, что говорит о возможности разложения солнечного света в спектр. Весь его охватить не удастся, потому что принимающее тело должно быть идеально черного цвета. Тем более что не все виды излучений доходят до поверхности земли. Самые активные и энергонесущие потоки поглощаются другими телами в космосе и атмосфере. Задачей человечества стало определение диапазона частот, в котором поток световой энергии максимален. Традиционно спектр раскладывается не по частотам, а по длинам волн. И его грубо можно разделить на 3 зоны:

• Ультрафиолетовая, ей соответствуют длины волн от 0 до 380 мкм.
• Видимый свет, находиться в диапазоне от 380 до 760 мкм.
• Инфракрасный, соответствует участку с длинами волн от 760 до 3300 мкм.

Зоной, где энергия фотонов самая высокая, является именно первый диапазон, но в нем частиц ничтожно мало, по сравнению с видимым диапазоном света. Поэтому для получения электрической энергии стали использовать именно видимый и инфракрасный диапазоны с длинами волн от 380 до 1800 мкм. Все, что выше относится к радиочастотному диапазону и энергия здесь также мала, по причине практически полного отсутствия энергии фотонов, несмотря на их большое количество и достаточную мощность солнечной энергии.

Проблема установки солнечных батарей

Главной проблемой установки солнечных батарей в наших климатических условиях является существенное различие в длительности светового дня в зависимости от поры года. Самый короткий день почти в 2,5 раза меньше самого длинного, что сказывается и на энергии излучения, которому зимой еще приходиться преодолевать и более толстые слои атмосферы. Следовательно, использование солнечных батарей в зимний период не даст никакой выгоды, а в летний период жарким днем выдаст не меньше энергии, чем на экваторе.

Что необходимо учитывать при расчете солнечного генератора

Солнечный свет, как и любая другая физическая величина, имеет ряд параметров. Они должны использоваться при расчете генератора. К ним относятся:

• Уровень освещенности или мощность солнечного излучения на квадратный метр. Под ним подразумевается усредненное значение солнечного излучения. Оно измеряется в верхних слоях атмосферы Земли и расположенного перпендикулярно световым потокам. На примере Сочи эта величина равна 1365 Вт.
• Максимальная мощность излучения солнца. Это полезная световая энергия. Она достигает поверхности Земли на уровне моря на экваторе и в безоблачный день. В среднем она равна 1 кВт/м кв.
• Инсоляция – это усредненное время, в течение которого солнце освещает поверхность с максимальной интенсивностью. Обычно оно находится в пределах от 3 до 5 часов по российской территории.
• Общая энергия излучения – величина, измеряемая за день облучения поверхности. Она определяется как произведение 1 кВтч и количества инсоляционных часов.
• Мощность солнечной энергии – величина энергии, рассчитанная за сутки (24 часа). Этот показатель рассчитывается как соотношение общей энергии за день к 24 часам.

Размещение панелей

В наших климатических условиях важно предусмотреть систему автоматической коррекции положения панелей. Поскольку интенсивность солнечной энергии изменяется с течением дня, очень

Автоматическая коррекция положения панелей

Необходимо, чтобы лучи падали на приемные элементы перпендикулярно. Благодаря этому выбивая из них больше заряженных электронов. Но чтобы это обеспечить придется организовать поворот или наклон солнечных батарей с ходом солнца. При угле падения лучей в 30 градусов, коэффициент отражения лучей составляет не менее 5%. А 95% световой энергии оказываются полезными. При увеличении угла отражения до 60 градусов, потери вырастают вдвое. А при угле отражения 80 градусов коэффициент потерь находиться на отметке 40%. Но кроме угла отражения немаловажное значение имеет эффективная площадь перекрытия панели солнечным потоком. Эта величина расчетная. И находиться из отношения реальной площади к синусу угла между плоскостью и направлением солнечных лучей. В итоге: для получения постоянно качественного потока, панели необходимо время от времени поворачивать к солнцу. А это соответственно будет требовать определенных технологий, что оказывается весьма дорогостоящим удовольствием.

Ориентация панелей в одной плоскости

Можно пойти и простым путем, ориентировать солнечную батарею в одной плоскости под определенным углом. Например, для Москвы, расположена на 56 градусах широты) угол наклона к горизонту составит 56 градусов. А угол отклонения от вертикали 34 градуса. Тогда потребуется лишь обеспечить панели вращением в одной плоскости и возврат ее в исходную точку. Все это удорожает систему и делает ее менее надежной.

При конструировании системы поворота панелей большое значение имеет вес рамы, на которой будут располагаться фотоэлементы. И как следствие получается, что на вращение неоправданно расходуется мощность солнечной энергии. И это снижает количество полезной энергии.

Выбор фотоэлектрической системы для построения солнечного генератора

Для построения действительно качественного солнечного генератора необходимо учесть следующие данные:

КПД и мощности

• Среднее значение коэффициента полезного действия имеющихся в продаже солнечных панелей. У кремниевых батарей он лежит в пределах от 12 до 17%. Это при условии использования кристаллического материала. КПД тонкопленочных батарей лежит в пределах от 8 до 12%.
• Мощность солнечной панели, вырабатываемой одним квадратным метром панели. Для ее определения необходимо солнечную энергию умножить на КПД одной панели. Далее округлить до целого цела.
• Пиковая мощность солнечной батареи – измеряется в безоблачный солнечный день. Она равна произведению КПД и величине «Стандартного солнца» (1 кВт).

Показатели энергии

• Суммарная усредненная энергия. Рассчитывается как произведение пиковой мощности и количества часов инсоляции.
• Выработанная энергия – это величина мощности, которую панель отдала в нагрузку в фактических условиях за 24 часа. Определяется как соотношение суммарной усредненной энергии к 24 часам. Для панелей из кристаллического кремния эта величина равна 0.6-0.85 кВт/м кв.. А для пленочного кремния – 0.4-0.6 кВт/м кв.
• Общая энергия – количество мощности, выработанной панелью за год эксплуатации. Она рассчитывается как произведение как полная энергия и количество дней в году. Для кристаллических панелей (CSi) – 219-310 кВт ч, для пленочных (TF) – 146-219 кВт ч. Но при расчете окончательных показателей необходимо учесть потери в импульсном преобразователе, которые составляют обычно 5%.
• Цена электрической энергии. Пожалуй, самый главный показатель, который зачастую предопределяет целесообразность приобретения солнечного генератора. На сегодняшний день такой генератор пока еще нецелесообразен. Поскольку без поломок более 10 лет практически ничто не прослужит. Но технологии не стоят на месте! И в скором будущем стоимость световых генераторных панелей станет намного меньше, сделав их доступными для всех.

Источник