Расчёт солнечных батарей
Приветствую вас на сайте е-ветерок.ру, сегодня я хочу вам рассказывать о том сколько нужно солнечных батарей для дома или дачи, частного дома и пр. В этой статье не будет формул и сложных вычислений, я попробую донести всё простыми словами, понятными для любого человека. Статья обещает быть не маленькой, но я думаю вы не зря потратите своё время, оставляйте комментарии под статьёй.
Самое главное чтобы определится с количеством солнечных батарей надо понимать на что они способны, сколько энергии может дать одна солнечная панель, чтобы определить нужное количество. А также нужно понимать что кроме самих панелей понадобятся аккумуляторы, контроллер заряда, и преобразователь напряжения (инвертор).
Расчёт мощности солнечных батарей
Чтобы рассчитать необходимую мощность солнечных батарей нужно знать сколько энергии вы потребляете. Например если ваше потребление энергии составляет 100кВт*ч в месяц (показания можно посмотреть по счётчику электроэнергии), то соответственно вам нужно чтобы солнечные панели вырабатывали такое количество энергии.
Сами солнечные батареи вырабатывают солнечную энергию только в светлое время суток. И выдают свою паспортную мощность только при наличие чистого неба и падении солнечных лучей под прямым углом. При падении солнца под углами мощность и выработка электроэнергии заметно падает, и чем острее угол падения солнечных лучей тем падение мощности больше. В пасмурную погоду мощность солнечных батарей падает в 15-20 раз, даже при лёгких облачках и дымке мощность солнечных батарей падает в 2-3 раза, и это всё надо учитывать.
При расчёте лучше брать рабочее время, при котором солнечные батареи работают почти на всю мощность, равным 7 часов, это с 9 утра до 4 часов вечера. Панели конечно летом будут работать от рассвета до заката, но утром и вечером выработка будет совсем небольшая, по объёму всего 20-30% от общей дневной выработки, а 70% энергии будет вырабатываться в интервале с 9 до 16 часов.
Таким образом массив панелей мощностью 1кВт (1000ватт) за летний солнечный день выдаст за период с 9-ти до 16-ти часов 7 кВт*ч электроэнергии, и 210кВт*ч в месяц. Плюс ещё 3кВт (30%) за утро и вечер, но пускай это будет запасом так-как возможна переменная облачность. И панели у нас установлены стационарно, и угол падения солнечных лучей изменяется, от этого естественно панели не будут выдавать свою мощность на 100%. Я думаю понятно что если массив панелей будет на 2кВт, то выработка энергии будет 420кВт*ч в месяц. А если будет одна панелька на 100 ватт, то в день она будет давать всего 700 ватт*ч энергии, а в месяц 21кВт.
Неплохо иметь 210кВт*ч в месяц с массива мощностью всего 1кВт, но здесь не всё так просто
Во-первых не бывает такого что все 30 дней в месяце солнечные, поэтому надо посмотреть архив погоды по региону и узнать сколько примерно пасмурных дней по месяцам. В итоге наверно 5-6 дней точно будут пасмурные, когда солнечные панели и половины электроэнергии не будут вырабатывать. Значит можно смело вычеркнуть 4 дня, и получится уже не 210кВт*ч, а 186кВт*ч
Так-же нужно понимать что весной и осенью световой день короче и облачных дней значительно больше, поэтому если вы хотите пользоваться солнечной энергией с марта по октябрь, то нужно увеличить массив солнечных батарей на 30-50% в зависимости от конкретного региона.
Но это ещё не всё, также есть серьёзные потери в аккумуляторах, и в преобразователей (инверторе), которые тоже надо учитывать, об этом далее.
Про зиму я пока говорить не буду так-как это время совсем плачевное по выработке электроэнергии, и тут когда неделями нет солнца, уже никакой массив солнечных батарей не поможет, и нужно будет или питаться от сети в такие периоды, или ставить бензогенератор. Хорошо помогает также установка ветрогенератора, зимой он становится основным источником выработки электроэнергии, но если конечно в вашем регионе ветренные зимы, и ветрогенератор достаточной мощности.
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%.
Расчёт солнечных батарей для частного дома или дачи
Если вы не знаете ваше потребление и только планируете скажем запитать дачу от солнечных батарей, то потребление считается достаточно просто. Например у вас на даче будет работать холодильник, который по паспорту потребляет 370кВт*ч в год, значит в месяц он будет потреблять всего 30.8кВт *ч энергии, а в день 1.02кВт*ч. Также свет, например лампочки у вас энергосберегающие скажем по 12 ватт каждая, их 5 штук и светят они в среднем по 5 часов в сутки. Это значит что в сутки ваш свет будет потреблять 12*5*5=300 ватт*ч энергии, а за месяц «нагорит» 9кВт*ч. Также можно почитать потребление насоса, телевизора и всего другого что у вас есть, сложить всё и получится ваше суточное потребление энергии, а там умножить на месяц и получится некая примерная цифра.
Например у вас получилось в месяц 70кВт*ч энергии, прибавляем 40% энергии, которая будет теряться в АКБ, инверторе и пр. Значит нам нужно чтобы солнечные панели вырабатывали примерно 100кВт*ч. Это значит 100:30:7=0,476кВт. Получается нужен массив батарей мощностью 0,5кВт. Но такого массива батарей будет хватать только летом, даже весной и осенью при пасмурных днях будут перебои с электричеством, поэтому надо увеличивать массив батарей в два раза.
В итоге вышеизложенного в вкратце расчёт количества солнечных батарей выглядит так:
Пример: Потребление частного дом 300кВт*ч в месяц, разделим на 30 дней = 7кВт, разделим 10кВт на 7 часов, получится 1,42кВт. Прибавим к этой цифре 40% потерь на АКБ и в инверторе, 1,42+0,568=1988ватт. В итоге для питания частного дома в летнее время нужен массив в 2кВт. Но чтобы даже весной и осенью получать достаточно энергии лучше увеличить массив на 50%, то-есть ещё плюс 1кВт. А зимой в продолжительные пасмурные периоды использовать или бензогенератор, или установить ветрогенератор мощностью не менее 2кВт. Более конкретно можно рассчитать основываясь на данных архива погоды по региону.
Стоимость солнечных батарей и аккумуляторов
Цены на солнечные батареи и оборудование сейчас достаточно разнятся, одна и также продукция может по цене в разы отличаться у разных продавцов, поэтому ищите дешевле, и у проверенных временем продавцов. Цены на солнечные батареи сейчас в среднем 70 рублей за ватт, то-есть массив батарей в 1кВт обойдётся примерно в 70т.руб, но чем больше партия тем больше скидки и дешевле доставка.
Качественные специализированные аккумуляторы стоят дорого, аккумулятор 12в 200Ач обойдётся в среднем в 15-20т.рублей. Я использую вот такие акб, про них написано в этой статье Аккумуляторы для солнечных батарей Автомобильные в два раза дешевле, но их надо ставить в два раза больше чтобы они прослужили хотябы лет пять. А так-же автомобильные АКБ нельзя ставить в жилых помещениях так-как они не герметичны. Специализированные при разряде не блолее 50% прослужат 6-10 лет, и они герметичные, ничего не выделяют. Можно купить и дешевле если брать крупную партию, обычно продавцы дают приличные скидки.
Остальное оборудование наверно индивидуально, инверторы бывают разные, и по мощности, и по форме синусоиды, и по цене. Так-же и контроллеры заряда могут быть как дорогие со всеми функциями, в том числе с о связью с ПК и удалённым доступом через интернет.
Источник
Как рассчитать емкость аккумулятора для солнечной панели
Значительное количество любителей альтернативной энергетики устанавливают у себя солнечные или ветровые электростанции в целях экономии денежных затрат на обеспечение себя электрической энергией. При этом делают очень приблизительные или упрощенные расчеты реальных возможностей элементов систем электроснабжения, которые не отражают реальность. В этом видео мы будет показан пример расчета обычного аккумулятора для солнечной электростанции.
Значительное количество любителей альтернативной энергетики устанавливают у себя солнечные или ветровые электростанции в целях экономии денежных затрат на обеспечение себя электрической энергией. При этом делают очень приблизительные или упрощенные расчеты реальных возможностей элементов систем электроснабжения, которые не отражают реальность. В этом видео мы будет показан пример расчета обычного аккумулятора для солнечной электростанции.
Думаю, что не ошибусь, если скажу, что в системе солнечных электростанций аккумуляторы составляют значительную часть стоимости в начальном этапе при покупке оборудования и основную часть стоимости при длительной эксплуатации из-за необходимости регулярной замены аккумуляторов в процессе эксплуатации солнечной электростанции. Часто те, кто намерен установить для себя солнечную электростанцию, говорят, что устанавливают у себя хорошие аккумуляторные батареи с большим сроком службы и большой ёмкости, которые должны обеспечить их потребности. Но, это не удешевляет стоимость энергии, а почему мы попробуем разобраться.
Для нашего примера возьмем не конкретный, а абстрактный аккумулятор, на котором попробуем отработать способ расчета любого другого аккумулятора или батарею из аккумуляторов для систем альтернативной энергетики различной мощности.
При покупке аккумуляторов кроме напряжения обращают основное внимание на ёмкость аккумуляторов и количество циклов заряд-разряд. Предположим, что нас интересует сколько электрической энергии может накопить недорогой кислотный аккумулятор емкостью 100 А.ч и напряжением 12 Вольт за один раз и сколько энергии может отдать аккумулятор за свой срок службы, например, за 1000 циклов заряда-разряда.
На начальном этапе мы будем вести расчет с условием соблюдения всех норм и требований для аккумулятора, чтобы обеспечить максимальный срок службы. В инструкции по эксплуатации обычно прилагаются также графики и таблицы на сколько сократится срок службы аккумулятора при тех или иных отклонениях от рекомендованных параметров. При повышенной температуре у аккумулятора сокращается срок службы, а при пониженной он имеет меньшую емкость.
Но, для начала посчитаем, какое количество электрической энергии способен отдать заряженный на 100% аккумулятор при полном разряде.
Для этого емкость аккумулятора 100 А.ч умножаем на среднее напряжение 12 Вольт и получаем 1200 Вт.ч., что равно 1,2 кВт.ч. Считается, что аккумулятор полностью выработал свой ресурс если у него осталось 40% от первоначальной емкости. Тогда средняя емкость аккумулятора за весь срок службы составляет уже не 100, а 70 А.ч. В этом случае запас электрической энергии будет меньше и составит уже 70 А.ч х 12 В = 840 Вт.ч или 0,84 кВт.ч. Но в инструкции по эксплуатации на писано, что для нормальной работы этот аккумулятор не рекомендуется разряжать больше, чем на 20% емкости. Следовательно, мы имеем полное право у полностью заряженного аккумулятора отбирать не больше 164 Вт.ч или 0,164 кВт.ч электроэнергии от солнечной электростанции в темную часть суток. Оптимальный режим разряда аккумулятора обычно считается 20-ти часовой. При разряде аккумулятора большим током, емкость аккумулятора будет ещё меньше. Значит, ток разряда должен быть соответственно 5 Ампер. Тогда для 12 вольтового аккумулятора выходная мощность составит 60 Вт. Если нам нужно больше, то соответственно увеличиваем количество аккумуляторов или применять другие режимы работы.
Для соблюдения всех рекомендованных режимов необходимо очень точно настроить контроллер заряда и разряда аккумулятора. Контроллер должен отключать заряд аккумулятора при достижении определенного напряжения полного заряда и отключать разряд при разряде до 80% остаточной емкости с учетом температурного коэффициента. Если напряжение заряда немного завышено, то электролит в аккумуляторе будет выкипать, что быстро сокращает срок его службы. Если аккумулятор заряжен только на 90%, то количество энергии, которое может безнаказанно отдавать аккумулятор, уменьшится вдвое.
Итак, мы соблюдали все рекомендованные производителем аккумулятора режимы работы и аккумулятор благополучно отработал все положенные ему по инструкции 1000 циклов, что составляет около трех лет и за это время он ежедневно отдавал положенные по максимуму 164 Вт.ч, что за весь срок службы составил 164 кВт.ч бесплатной альтернативной энергии. Нам осталось только купить новый аккумулятор на 100 А.ч и сравнить стоимость аккумулятора со стоимостью сэкономленной электроэнергией из розетки. Предположим, что стоимость 1 кВт.ч из розетки стоит 4 рубля. Тогда стоимость альтернативной энергии только за счет аккумуляторов будет составлять. А стоимость нового аккумулятора будет в разы дороже.
Как можно удешевить стоимость альтернативной энергии? Для этого в солнечные дни нужно максимально использовать энергию в дневное время и ограничить её использование в ночное время, чтобы избегать глубокого разряда аккумулятора. Пожалуй, нужно добавить, что правильный контроллер ограничивает зарядный ток и в конце заряда уменьшает потребляемый ток, а при достижении полного напряжения заряда контроллер отключает заряд аккумулятора и ему все равно, что сегодня летний безоблачный день и ещё только полдень и поэтому можно ещё получать и получать энергию. Ещё одно свойство аккумулятора, которое нужно учитывать при расчетах заключается в том, что из-за внутреннего сопротивление и нагрева, а также обратных химических реакций аккумулятор для заряда потребляет примерно на 40% больше электрической энергии, чем потом отдает. Кроме того, ежедневно теряется примерно 1% заряда аккумулятора на саморазряд. Правильно будет считать эффективность солнечной электростанции не по номинальной мощности солнечных батарей, а по потребленной конечными потребителями электрической энергии.
Нужно признать, что из-за неправильно выбранного оборудования или внося свои изменения в настройки, рекомендованные оптимальные режимы работы аккумулятора нарушаются. Чаще всего используется более глубокий разряд аккумулятора, превышаем ток заряда и разряда, не всегда соблюдаем температурный режим и вносим необходимые поправки в настройки контроллера. Производитель учел такие режимы, и составил таблицы на сколько циклов уменьшится срок службы аккумулятора при тех или иных отклонениях. Но как ими пользоваться если одновременно присутствует несколько отклонений режимов. Здесь можно воспользоваться формулами расчета КПД, которые применяются и в механике. Например, редуктор механизма имеет КПД 80%. А двигатель механизма имеет КПД 90%. Тогда общий КПД системы будет равен 0,8 х 0,9 = 0,72 или 72%. Если аккумулятор из-за более глубокого разряда до определенной величины согласно графика или таблицы вместо 1000 циклов должен отработать 800 циклов, кроме того, из-за увеличенного тока потребления вместо 1000 циклов отработает 700 и из-за повышенной температуры срок сокращается до 900 циклов. Перемножаем 8,0 на 0,7 и на 0,9 и получаем, что наука и производитель в этом случае обещают нам 504 цикла работы.
Часто вместо дешевых аккумуляторов для солнечных батарей поставщики рекомендуют аккумуляторы с улучшенными характеристиками, например, гелиевые или АГМ, которые лучше работают, но и стоят дороже. В результате стоимость электроэнергии из аккумулятора не всегда меняется в лучшую сторону.
Иногда говорят об аккумуляторах, которые могут работать до 10 лет и больше. Но в этом случае речь обычно идет о работе в буферном режиме. Это когда зарядное устройство постоянно поддерживает аккумулятор в заряженном состоянии, а разрядка включается ненадолго и небольшими токами или может вообще никогда не включиться, например, в охранной сигнализации. Но, этот режим не наш случай.
Для длительной и надежной работы аккумуляторов необходимо соблюдение оптимальных режимов работы, правильный выбор и настройка контроллера под определенный тип аккумулятора определенной емкости.
В следующих статьях мы будем подробно разбирать режимы других элементов альтернативной энергетики и работу системы в целом. А главное, способы повышения эффективности альтернативной энергетики. Кому интересно подписывайтесь на видеоканал и пишите свои комментарии.
1″ :pagination=»pagination» :callback=»loadData» :options=»paginationOptions»>
Источник