Расчет солнечной батареи и аккумуляторов, комплекта солнечной электростанции
Очень часто при обращении за подбором оборудования или при выборе солнечной электростанции клиенты задают вопрос: Как рассчитать мощность и количество солнечных батарей и аккумуляторов и какой мощности выбрать солнечную электростанцию. В этой статье мы попробуем разобраться с этим вопросом, и я постараюсь простым языком, без углубления в детали объяснить как это сделать.
В первую очередь нужно узнать сколько электроэнергии вы потребляете в сутки, это можно сделать взяв средние ежемесячные показания счетчика электроэнергии и разделить на 30 дней. Так мы получим среднее потребление в сутки. Например соц норма в РО на двух чел составляет 234кВт, что около 8кВт.ч электроэнергии в сутки. Соответственно нам необходимо чтобы солнечные батареи вырабатывали такое же количество энергии в день.
Расчет количества солнечных батарей и их мощности
Так как солнечные панели вырабатывают электрическую энергию только в светлое время суток, то это необходимо учесть в первую очередь, так же стоит понимать, что выработка в пасмурные дни и зимой очень сильно снижается, и может составлять 10-30 процентов от мощности панелей. Для простоты и удобства мы будем делать расчет с апреля по октябрь, по времени суток основная выработка идет с 9 до 17 часов, т.е. 7-8 часов в день. В летнее время интервалы конечно будут больше, с восхода до заката, но в эти часы выработка будет значительно меньше номинала, поэтому мы усредняем.
Итак 4 солнечные батареи мощностью 250Вт. (всего 1000Вт). За день выработают 8кВт.ч энергии, т.е. в месяц это 240кВт.ч. Но это идеальный расчет, как мы говорили выше, в пасмурные дни выработка будет меньше, поэтому можно лучше взять 70% от выработки, 240 * 0,7 = 168 кВт.ч. Это усредненный расчет без потерь в инверторе и аккумуляторных батареях. Так же это значение можно применить для рассчета сетевой солнечной электростанции где не используются аккумуляторные батареи.
Расчет аккумуляторов для солнечной электростанции
Далее перейдем к расчёту ёмкости аккумуляторной батареи для солнечных панелей. Их количестов и емкость должна быть такой, чтобы энергии которая в них запасается хватило на темное время суток, стоит учесть что ночью потребление электроэнергии минимально, по сравнению с дневной активностью.
Аккумулятор на 100А.ч. запасает примерно 100А * 12В = 1200Вт. (лампочка на 100Вт. проработает от такого акб 12 часов). Так если за ночь вы потребляете 2,4кВт.ч. электричества, то вам необходимо установить 2 АКБ по 100А.ч. (12В), но тут стоит учитывать что аккумуляторы нежелательно разряжать на 100%, а лучше не более 70%-50%. Исходя из этого получаем, что 2 АКБ по 100А.ч. будут запасать 2400 * 0,7 = 1700Вт.ч. Это верно при разряде не большими токами, при подключении мощных потребителей происходит просадка напряжения и емкость по факту уменьшается.
Если вы хотите рассчитать, какая емкость аккумулятора нужна к солнечной батари, ниже приводим таблицу соответствия (для системы 12В.):
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.
- Солнечные батареи 4шт. по 250Вт. Выработка в месяц 170 -240кВт.ч (36тыс.руб.)
- АКБ по 100А.ч. 4 шт. запас до 4800 Вт. (AGM аккумуляторы 50тыс.руб.)
- Инвертор 2,4кВт номинальная мощность подключаемого оборудования (27тыс.)
Итого 113 тыс. руб. за комплект оборудования.
Мощность бытовых приборов, потребление электроэнергии
- 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.
Характеристики солнечных батарей
Солнечные батареи, которые также называют солнечными панелями или солнечными модулями, строятся из отдельных фотоэлектрических преобразователей (так называемых солнечных элементов), которые соединяются друг с другом в последовательные и параллельные цепи, в совокупности работающие как единый источник тока.
Собственно одна панель может рассматриваться как источник тока. Несколько солнечных панелей образуют автономную солнечную электростанцию, которая может быть малой (если речь идет например о частном доме) или большой (если речь идет о промышленной солнечной электростанции) мощности. Размер солнечной станции зависит от ее назначения и от нужд ее потребителя.
Одна солнечная панель обычно содержит количество элементов кратно 12, а именно: 12, 24, 36, 48, 60 или 72 солнечных элемента. Номинальная мощность одной такой панели обычно лежит в диапазоне от 30 до 350 ватт. Соответственно размер и вес панели тем больше, чем больше ее номинальная мощность.
На сегодняшний день реальный КПД солнечных батарей, доступных широкому потребителю, лежит в пределах от 17 до 23%. Есть отдельные экземпляры, декларирующие КПД до 24%, но это скорее исключения и преувеличения. Лаборатории по всему миру стремятся разработать солнечные элементы, КПД которых хотя бы приблизился к 30% — это было бы очень хорошим результатом для источника энергии данного типа, если смотреть на вещи реально.
Солнечные батареи на базе кремния, как альтернативный источник электрической энергии, проверены временем, они отличаются надежностью и безопасностью, компактностью и относительной доступностью. Срок их нормальной эксплуатации доходит до 30 лет и даже превышает. Хотя, справедливости ради стоит отметить, что кремниевые фотоэлектрические элементы со временем деградируют, это выражается в снижении получаемой при полном освещении мощности примерно на 10% от первоначального номинала за каждые 10 лет активной эксплуатации.
То есть если в 2020 году приобреталась новая солнечная панель на 300 Вт, то к 2040 году она будет способна выработать максимум 240 Вт. По этой причине следует вычислять установленную мощность системы с определенным запасом по току. Что касается тонкопленочных элементов, то они временем не проверены, но специалисты утверждают, что скорость деградации в первые же годы у них многократно выше чем у монокристаллических и поликристаллических кремниевых элементов.
При нормальной эксплуатации ни замена элементов, ни какое бы то ни было иное специальное обслуживание монокристаллическим и поликристаллическим солнечным панелям не требуется. Они просты в установке, не содержат движущихся частей, их поверхность обращенная к солнцу всегда имеет защитное механически прочное покрытие.
Вольт-амперная характеристика солнечных батарей снимается в лабораторных условиях при производстве и приводится в спецификации. Стандартный тест проводится при солнечной радиации 1000 Вт/кв.м при температуре окружающего воздуха 25°С, как на широте 45°.
Здесь можно видеть крайние точки ВАХ, в которых снимаемая с батареи мощность обращается в ноль. Напряжение холостого хода — Voc — это максимально доступное напряжение на выходе батареи при разомкнутой цепи нагрузки. Ток при коротко замкнутой цепи нагрузки — Isc – это, соответственно, ток при нулевом выходном напряжении.
Практически батарея всегда работает в неком оптимальном режиме где-то посередине между этими двумя точками. В оптимальной точке MPP — максимальная мощность нагрузки. Номинальное напряжение для точки максимальной мощности обозначается Vp, а номинальный ток для данной точки — Ip. В этой точке определяется и КПД солнечной панели.
В принципе солнечная батарея способна работать в любой точке ВАХ, однако для получения максимальной эффективности полезно использовать точку наивысшей мощности, поэтому солнечные панели никогда не питают нагрузку напрямую. Для достижения лучшей эффективности, между солнечной батареей и аккумуляторами (инвертором) следует подключить контроллер заряда с технологией MPPT, который всегда будет работать в точке максимума доступной мощности при любой текущей интенсивности солнечного освещения.
Номинальная мощность солнечной батареи. Что нужно и важно знать?
Для сравнения различных моделей фотоэлектрических модулей между собой и с изделиями других производителей используется параметр номинальной мощности солнечной батареи, например 280Ватт.
Это означает, что солнечный модуль будем вырабатывать не менее 280Ватт, в солнечный день при соблюдении определённых условий:
- Освещенность не менее 1000 Ватт *м²;
- Ориентация строго на Юг и под углом, соответствующим азимуту;
- Окружающая температура воздуха 25°С;
- Отсутствие затенений и другие менее значительные.
Каждое, из условий эксплуатации, влияющих на работу и вырабатываемую мощность солнечной батареи, стоит разобрать подробнее, но это мы сделаем позднее. В этой статье мы хотим сделать акцент на маркировке завода-изготовителя и ответить на самый популярный вопрос: «почему панели разных производителей, но с одинаковой площадью имеют разные показатели номинальной мощности?».
Почему солнечные батареи разных производителей, но с одинаковыми размерами имеют различные показатели номинальной мощности?
Однозначного ответа здесь дать нельзя, так как существует несколько вариаций:
1.Эффективность ячеек, будь то монокристалл 125х125мм или поликристаллические 155х155мм (а также любые другие их вариации в нарезке), — каждый год растёт. С изменением эффективности увеличивается и мощность готовых изделий — солнечных батарей. Но так как увеличение эффективности носит мировой характер, то и найти устаревшие ячейки сложно, они быстро выходят из обихода и редко используются известными производителями. То есть процесс должен быть максимально равномерным для всех производителей и поставщиков, а разрыв номинальной мощности в пределах одного размера — не заметным для потребителей.
2.Более явной причиной различия заявленной номинально мощности является «классификация завода-изготовителя своих конечных продуктов». Здесь стоит упомянуть, что в мировых стандартах ценообразования, цена на солнечные батареи указывается за Ватт. То есть чем выше мощность изделия, тем дороже оно в конечном виде. Такая система ценообразования заставляет заводы с низким набором конкурентных преимуществ указывать номинал панели по максимальному параметру, с оговоркой «Power tolerance ± 5%».
Увидев такой показатель в паспорте модуля, конечный заказчик должен понимать, что номинальная мощность солнечной панели указана с вероятным отклонением, как в большую, так и в меньшую сторону с вероятностью 5%. Для солнечной панели 280 Ватт это означало бы диапазон от 266 Ватт до 294 Ватт. Но, это исключительно о производителях с низким показателем конкурентоспособности, потому как заводы-изготовители с хорошим имиджем никогда не завышают номинальную мощность и показатель «Power tolerance», а заявляют только в плюс, например «Power tolerance 0~+5%».
3.Существующая система OEM (англ. original equipment manufacturer — «оригинальный производитель оборудования» — организация, продающая под своим именем и брендом оборудование, сделанное другими предприятиями), получившая широкое распространение, в том числе и в России, вкупе с «жгучим желанием» заводов, не имеющих возможность выпускать конкурентный продукт, иногда выпускает на рынок товары, мощности которых указаны «по желанию заказчика», в частичном «отрыве от реальности». Одним словом покупатель, роль которого выполняет компания-поставщик товаров на российский рынок, по собственному желанию может указать номинал и другие характеристики товара, заведомо округлив их в большую сторону. Так получаются «сверхэффективные», но только «по бумажкам» солнечные панели. К сожалению, такие продукты очень часто встречаются как в «эконом», так и в среднем сегменте. Как проверить? До покупки, к сожалению, никак. Проверить можно лишь в реально работающих системах и в сравнении.
Отвлекаясь на возможные причины различий номинала солнечных батарей, мы совсем забыли рассказать о фактическом наличии разницы параметров, в разрезе даже одной партии одного производителя она обязательно есть.
Рассмотрим сертификат завода, прилагаемый к паллету с 26тью солнечными панелями HH-POLY280W. Нужно отметить, каждая солнечная панель имеет свой уникальный серийный номер! Это обязательное условие заводов, производящих качественную продукцию. Серийный номер содержит всю информацию о сроке производства и позволяет отследить данные используемых материалов. Серийные солнечные батареи проходят обязательно исследование параметров готового изделия. Полученные данные заносятся в систему и прилагаются вместе с поставкой. Например, рассмотрим рис.1:
В паллете №10 с завода прибыло 26 солнечных панелей с номенклатурой HH-POLY280W, 280Вт. Каждое изделие имеет серийный номер из 20 букв и цифр. Для каждого указаны параметры рабочего напряжения, напряжения холостого хода, тока короткого замыкания, максимальной мощности и эффективности. Обратите внимание, что для большинства фотоэлектрических модулей с номинальной мощностью 280Ватт (заявленной заводом и поставщиком), согласно исследованиям Pmax находится в диапазоне 295,33~303,19 Ватт. А эффективность поликристаллических панелей достигает 18,56%.
То есть солнечная панель HH-POLY280W — 280Вт по праву может считаться 300Вт моделью солнечной батареи, о чем свидетельствую проведенные исследования.
Источник https://enpartner.ru/novosti/raschet-solnechnoj-batarei-i-akkumulyatora-solnechnoj-elektrostantsii
Источник http://electrik.info/main/energy/1550-harakteristiki-solnechnyh-batarey.html
Источник https://helios-house.ru/novosti/nominalnaya-moshchnost-solnechnoj-batarei.html
