Энергии с 1 метра солнечной панели

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

Посчитать мощность солнечных батарей на квадратный метр

Если вы решили сэкономить на расходах электроэнергии и установить собственную солнечную электростанцию в доме или на даче, тогда необходимо начать с расчетов показателей как потребления энергии, так и мощности солнечных панелей. Это самый важный и трудоемкий процесс, который станет залогом правильной работы солнечной системы и выработки нужного количества тока для обеспечения всех потребностей. Кроме того, рассчитанные показатели смогут послужить основой для увеличения эффективности или экономии энергии.

Показатель мощности солнечной батареи

Если посмотреть описание разных моделей солнечных батарей, то можно обратить внимание, что показателем измерения выступает номинальная мощность (Вт). Этот показатель и будет служить главным критерием для оценки мощности солнечной батареи. Номинальная мощность указывается из расчета, что на 1 кв. метр панели будет поступать 1 кВт солнечной энергии. То есть вы сможете рассчитывать на такой показатель мощности батареи, если в месте, где расположена солнечная система, температура не менее 25 градусов, ориентация модулей на юг с учетом угла наклона и отсутствует затемнение.

Зачем нужен расчет мощности солнечных батарей

Сегодня на рынке представлено огромное количество солнечных батарей, они отличаются не только производителем и ценой, но и своими техническими характеристиками. Мощность – это главный показатель, от которого необходимо отталкиваться, если вы хотите получить выгоду от установки солнечной системы. Важно понимать, что неправильно произведенный расчет или и вовсе отсутствие каких-либо анализов по планируемой мощности могут привести к неудовлетворению ваших электрических потребностей в доме, тогда придется использовать дополнительное питание от сети либо ограничивать себя в электроприборах. В итоге сложная задумка с солнечными батареями теряет весь смысл.

Порядок расчета

Чтобы рассчитать необходимую мощность батареи, которая покроет ваши затраты электроэнергии, нужно провести ряд действий, основанных на точных расчетах.

Определение потребляемой энергии

Начинать надо в первую очередь с расчета необходимой энергии для обеспечения вашего дома. Сделать это можно двумя способами: первый – посмотреть на счетчике, сколько электроэнергии вы расходуете за месяц или в сутки, а второй – сделать более детальный расчет. Чтобы произвести второй вариант расчета, нужно взять бумагу с ручкой и составить список всех электроприборов, которые имеются у вас в доме. Количество потребляемой энергии каждым устройством нужно умножить на количество часов работы, а после все полученные показатели сложить и получить общий расход, который должны покрывать солнечные батареи.

Ниже приведены приблизительные значения самых часто используемых электроприборов в любом доме.

Электроприбор	Ватт	Сколько часов работы в сутки	Вт/час
Холодильник	250	24	6000
Компьютер	100	4	400
Стиральная машина	500	1	500
Электрочайник	1000	0.3	300
Телевизор	150	6	900
Радиоприемник	4	2	8
Экономлампа 1	20	6	120
Экономлампа 2	15	4	60
Экономлампа 3	10	2	20

Просуммировав последнюю колонку в таблице, вы сможете посчитать суточный расход электроэнергии. Однако здесь не все так просто. Это не будет конечная цифра для выбора мощности солнечной батареи и их количества. Дополнительно нужно будет прибавить около 30% потребляемой энергии на обслуживание обязательных устройств для работы солнечной системы – аккумулятора и инвертора. Кроме того, солнечными батареями генерируется постоянный ток, который впоследствии при помощи инвертора перерабатывается на переменный с повышением напряжения для обслуживания дома (220В), где еще теряется около 20%. И еще нужно прибавить около 10%, которые пойдут на пусковую мощность электроприборов. Так как при запуске техника первые несколько минут потребляет в 3, а то и в 5 раз больше заявленной энергии.

Уровень инсоляции

Суть солнечных батарей заключается в выработке энергии за счет воздействия лучей солнца на фотоэлементы со специальным составом. Чем больше солнечная радиация, тем выше производительность панелей. Максимальная эффективность зафиксирована при попадании лучей на поверхность пластин под углом 90 градусов, то есть перпендикулярно. Соответственно ночью энергия не вырабатывается, а используется та, которая накопилась в аккумуляторе за дневное время. Поэтому очень важно правильно установить солнечную панель и рассчитать ее работоспособность в зависимости от климата того или иного региона.

Уровень солнечной инсоляции – это еще один немаловажный показатель, который необходимо учитывать при определении мощности солнечной батареи. В каждом регионе он разный и дает четкое понятие, сколько количества солнечного тепла приходится на единицу площади панели. Если вы проживаете в регионе с небольшим уровнем инсоляции, тогда вам нужно будет приобретать либо более мощное устройство, либо в большем количестве для полного обеспечения дома электроэнергией. Рассчитывать самостоятельно показатель инсоляции не нужно. Его значение представлено в специальных справочниках, которые можно найти без проблем в интернете. Подобная информация также представлена на метеорологических сайтах. Указанная информация может быть представлена как за год, так и отдельно по месяцам (для крупных городов).

Выбор мощности панелей

В зависимости от рассчитанного количества потребляемой энергии количество солнечных батарей может быть разным. Также следует учитывать, какие задачи возложены на батарею – полная продуктивность или использование ее в качестве дополнительного источника питания, если в вашем доме часто бывают перебои. Если вы хотите покрыть все электрорасходы в доме, тогда придется хорошо потратиться и приобретать устройства с высокой мощностью и продуктивностью.

Мощность панели напрямую будет зависеть от количества потребляемой энергии как электроприборами в доме, так и техническими устройствами, которые являются обязательными для работы солнечной станции. Здесь нельзя не учесть и количество солнечных дней в месяце, уровень инсоляции, частоту смены угла наклона. Максимальная производительность панели наблюдается не более 7 часов в сутки и то при условии, что небо чистое, а ночью и вовсе не будет никакой выработки, соответственно, при соотнесении расходуемой энергии с мощностью батареи нельзя приравнивать эти два показателя. Мощность должна быть на 30-40% больше.

Для примера можно взять батарею с указанной мощностью в 1кВт. Это значение нужно умножить на количество часов работы панели с максимальной производительностью, приплюсовать дополнительные расходы на снабжение инвертора и аккумулятора, а также то время в сутках, когда солнечный свет отсутствует. В результате вы сможете получить выработку одной батареи. Если показатель слишком маленький, тогда нужно присмотреться к батареям с более высокой мощностью, однако и цена их будет выше.

Расчет мощности солнечных батарей

Расчет количества панелей

Итак, мы определились, что мощность панелей измеряется в Вт. Чтобы произвести расчет, нам понадобятся все ранее полученные значения, а именно:

• Количество потребляемой электроэнергии.
• Уровень инсоляции в вашем регионе.
• Мощность одной батареи.

Формула для расчета выглядит следующим образом:

W = k*Pw*E/1000, где

к – фиксированное значение/коэффициент 0,5 в летний период и 0,7 в зимний.

Е – значение инсоляции за выбранный период.

Итак, представим, что вы просчитали суточное потребление энергии, которое равно 5600 Вт. Скорректируем это значение на 30% с учетом потребностей инвертора, аккумулятора и преобразования энергии. В результате получается 5600*1,3=7280Вт, можно округлить до 7300 Вт. Теперь посмотрим показатель солнечной радиации для конкретного города, например, он равняется 0,79 для зимы и 4,5 для лета. Стандартная мощность составляет 260Вт.

W зимой = 0,7*260*0,79=143Втч.

W летом = 0,5*260*4,5=585Втч.

Теперь делим общую потребность в электроэнергии на выработку солнечной батареи. Зимой, чтобы обеспечить весь дом электричеством, понадобится примерно 51 панель, а летом 13 штук мощностью в 260Вт и напряжением 24В. Так как полученное значение достаточно велико и для размещения 50 панелей понадобится большая площадь, целесообразнее купить панели с более высоким напряжением и мощностью.

Как увеличить эффективность работы солнечных батарей

Первый шаг, который пытается сделать любой владелец солнечных батарей с целью увеличить эффективность выработки электроэнергии – это заменить обычные электроприборы на экономные. Но, перед тем как это сделать, ознакомьтесь с основными рекомендациями специалистов, которые помогут повысить КПД батареи.

• Следите, чтобы не происходило затемнения солнечного оборудования.
• Придерживайтесь правил монтажа, от которых зависит производительность солнечных батарей.
• Очищайте панели от грязи, пыли и наледи.
• Старайтесь регулярно менять угол наклона панелей, чтобы солнечные лучи попадали перпендикулярно, в зависимости от месяца и времени года.
• Используйте электроприборы классов А, А++, А+++.
• Выбирайте правильные крепления для солнечных батарей.

Выполнять все предложенные рекомендации необходимо в комплексе. Если, к примеру, вы будете регулярно менять угол наклона панелей, но при этом забываете их очищать от грязи, то результат от ваших действий не появится. Солнечные батареи прослужат вам долго и бесперебойно при соблюдении правил эксплуатации, которые рекомендованы производителем. Если у вас возникли сложности при расчете, то вы всегда можете обратиться за помощью к специалисту по данным вопросам.

Источник