Сколько солнечных батарей нужно для питания моего дома?

Содержание

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.

солнечные батареи на крыше

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.):

установленный инвертор с аккумуляторами

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.

Сколько солнечных батарей нужно для питания моего дома?

Первый вопрос, которым Вы задаётесь о том, какой будет ваша солнечная энергетическая система, наверняка следует из этого: сколько солнечных батарей мне нужно ? Поскольку большинство людей хотят производить достаточно энергии, чтобы полностью исключить расходы на электроэнергию, первым шагом является определение того, какого размера солнечная система будет производить достаточно энергии для удовлетворения уровня потребления вашей семьи. В конечном счете, вы будете рассчитывать, сколько киловатт-часов электроэнергии вам потребуется, и найти правильный размер системы и количество солнечных панелей для питания вашего дома.

С одной стороны наверняка точно ответить на этот вопрос нельзя, ведь каждая солнечная электростанция по-своему индивидуальна, так же как индивидуален по своей сути каждый человек, а точнее его образ жизни. Потребление электроэнергии от части можно сравнить с тем, как человек потребляет воду, кто-то выпивает в день всего пару стаканов воды, кто-то выпивает один литр, а кто-то полтора или два.. Примерно так же обстоят дела и с электричеством, кому-то хватает всего 8-10 киловатт-часов в день, кто-то более активно пользуется домашними электроприборами и ему уже нужно от 15 киловатт-часов за световой день, а вдруг у вас ещё и отопительные приборы есть? Или быть может, вы любите готовить и пользуетесь электроплитой и духовым шкафом до 4 или даже 5 часов в день, тогда вам может потребоваться значительно больше электроэнергии от 30 киловатт-часов за световой день. С другой же стороны, средние ориентировочные значения для типовой семьи всё же можно вывести, на основе усредненных значений мы подготовили комплекты солнечных электростанций для дома .

Сколько солнечных батарей нужно для питания моего дома?

Типичному домовладельцу понадобится 28 — 34 солнечных батарей, чтобы удовлетворить 100% всей потребности в энергии (в зависимости от местоположения и размера крыши).

Чтобы получить эти цифры, мы использовали высокие и низкие коэффициенты производства панелей, чтобы рассчитать, сколько солнечных панелей необходимо в среднем. Мы предположили, что в среднем домашнее хозяйство потребляет около 10 400 кВт*ч в год, а используемые нами панели в качестве примера — это солнечные панели мощностью 250 Вт .

Как рассчитать собственную оценку солнечной панели

Для тех, кому интересно, как мы оценили эти цифры для потребления энергии и необходимого количества солнечных батарей, вот разбивка. Если вы хотите понять, сколько энергии вам нужно, начните с того, сколько киловатт-часов (кВт*ч) электроэнергии вы используете в год. Большинство коммунальных предприятий предоставляют вам общее потребление электроэнергии за последние двенадцать месяцев в ежемесячной выписке или квитанции за оплату. Чтобы предложить некоторую перспективу, один кВт-час — это 1000 Вт энергии, используемой в час. Таким образом, если в вашем доме 20 лампочек, и все они используют по 50 Вт, то при включении каждой лампочки в вашем доме в течение часа будет потребляться 1 кВт*ч электроэнергии. Согласно последним данным, в 2016 году средняя американская семья использовала 897 кВт*ч в месяц. Иными словами, средняя семья потребляет чуть менее 11 000 кВт*ч в год.

Чтобы найти диапазон для количества солнечных панелей, мы сравнили коэффициенты производства солнечных панелей, самые высокие и самые низкие. Затем мы взяли 11 000 кВт*ч и поделили их на соответствующие коэффициенты, а затем разделили это число. на 250 (типичная мощность панели). Этот расчет дал нам максимум и минимум для среднего числа панелей, которые понадобятся домовладельцу.

Сколько кВт*ч могут производить ваши солнечные батареи?

Количество энергии (кВт*ч), которую может производить ваша солнечная энергетическая система, зависит от того, сколько солнечного света падает например на вашу крышу. Количество солнечного света, которое вы получаете за год, зависит как от того, где вы находитесь в стране, так и от времени года. На юге соответственно больше солнечных дней в году, чем на западной или даже северной части страны. Но в любом месте вы сможете производить достаточно энергии для удовлетворения ваших потребностей в энергии! Если вы живете в районе, где меньше солнечного света, вам просто нужно установить систему, которая будет содержать больше солнечных панелей.

Два домохозяйства сравнительного размера в Краснодарском крае и к примеру в Новосибирской области потребляют средний объем электроэнергии, около 10 400 кВт*ч в год. Краснодарское домохозяйство нуждается в системе 7,0 кВт, чтобы покрыть 100% своих потребностей в энергии. Для сравнения, сопоставимая семья в Новосибирске нуждается в системе мощностью 8,8 кВт для удовлетворения своих потребностей в энергии. Солнечных батарей в Краснодарском крае потребуется меньше, чем в системе в Новосибирске, но способны вырабатывать такое же количество энергии, потому что они подвергаются большему количеству солнечного света ежегодно. Домовладельцы в менее солнечных районах могут восполнить это несоответствие, просто используя более эффективные панели или увеличивая размер своей солнечной электростанции, в результате чего на их крыше будет немного больше солнечных панелей!

Можно ли применить солнечные батареи для отопления дома

Солнечные панели на крыше частного дома

Полупроводниковые панели, преобразующие энергию солнца в электричество, обычно устанавливаются с одной целью – обеспечить работу домашних бытовых приборов. Настоящие энтузиасты на достигнутом не останавливаются и пытаются приспособить солнечные батареи для отопления дома. Предлагаем обсудить эту идею, рассмотреть возможные способы обогрева с помощью фотоэлектрических панелей. Рентабельность электростанций альтернативной энергетики и прочие финансовые вопросы разбирать нет смысла, это отдельная тема.

Как работает солнечная электростанция

Мы не собираемся отнимать ваше время и рассказывать, как полупроводниковые модули генерируют ток. Но если вы хотите организовать солнечное отопление частного дома, нужно представлять принцип работы фотоэлектрической станции и знать все нюансы, влияющие на ее мощность.

Солнечная энергетическая установка (СЭС) состоит из следующих элементов (показаны ниже на схеме):

одна либо несколько панелей, воспринимающих излучение солнца;
аккумуляторные батареи (АКБ), накапливающие произведенную электроэнергию;
контроллер следит за уровнем заряда, направляет ток в нужную цепь;
инвертор преобразует постоянное напряжение солнечных батарей в переменный ток 220 В.

Интересный момент. Цена модулей составляет не более 30% от стоимости полного комплекта оборудования. Остальные 70% – это аккумуляторы, инверторный блок и контроллер. Комплектующие подбираются под одно рабочее напряжение 12, 24 или 48 вольт.

Принципиальная схема СЭС

Схема солнечной установки с инвертором и контроллером

Упрощенно поясним алгоритм работы системы:

В течение светового дня батареи вырабатывают ток, проходящий через контроллер.
Электронный блок оценивает уровень заряда АКБ, затем направляет энергию в нужную линию – на зарядку либо потребителям (к инвертору).
Инверторный блок преобразует постоянный ток в переменный со стандартными параметрами – 220 В / 50 Гц.

Существует 2 типа контроллеров – ШИМ и MPPT. Разница между ними состоит в способе зарядки элементов электропитания и величине потерь напряжения. Блоки MPPT более современные и экономичные. Аккумуляторы применяются разные: свинцово-кислотные, гелевые и так далее.

Комплект для солнечной электростанции

В состав СЭС входят специальные АКБ, не боящиеся глубокого разряда

Если планируется использование нескольких модулей, то они соединяются между собой 3 способами:

Параллельная схема подключения позволяет нарастить ток в цепи. «Минусовые» контакты всех батарей присоединяются к одной линии, «плюсовые» – к другой. Напряжение на выходе остается неизменным.
Применение последовательной схемы дает возможность увеличить выходное напряжение. «Минусовая» клемма первой панели соединяется с «плюсом» второй и так далее.
Комбинированный способ применяется, когда нужно изменить оба параметра – силу тока и напряжение. Несколько модулей соединяется последовательно, потом группа подключается к общей сети параллельно другим аналогичным группам.

Как выглядят солнечные панели для дома и сопутствующее оборудование, расскажет мастер-электромонтажник на видео:

Сколько нужно солнечных батарей для отопления дома

Казалось бы, все просто. На обогрев небольшого загородного коттеджа площадью 100 м² пойдет приблизительно 10 кВт = 10 000 Вт тепловой энергии. Это 100 панелей по 0.1 кВт или 34 больших модуля по 300 Вт. Столько батарей на крышу дома не поставишь, а о квартире и речи нет.

Справка. Размер 1 фотоэлектрического элемента мощностью 100 Вт, изготовленного по поликристаллической технологии, составляет около 1020 х 700 мм или 0.71 м². Аналогичная батарея на 300 Вт займет 1.68 м² (170 х 99 см).

Сразу оговоримся, полученный результат – неправильный, поскольку не учитывает особенности эксплуатации солнечных энергетических систем:

Вывод. Универсального расчета электрической мощности батарей, подходящего ко всем странам и регионам, не существует. Но озвученную выше цифру 10 кВт нужно удвоить (как минимум), чтобы получить пристойный результат на практике. Понадобится от 200 стоваттных панелей, занимающих площадь свыше 140 м².

Есть надежный способ получить точные данные по инсоляции и рассчитать производительность солнечных батарей – обратиться в местную организацию, занимающуюся их монтажом. Либо самому изучать карту инсоляции района.

Карта инсоляции регионов России

На карте видно, что центральные регионы РФ получают довольно мало радиации солнца – в среднем 3–3.5 кВт на метр квадратный за день

Предлагаем пойти другим путем – использовать опыт владельцев солнечных автономных электростанций, почитать их отзывы на тематических форумах. Отыщите там пользователей, проживающих в вашей местности, если хотите получить реальные цифры бесплатно. Приведем примеры:

Автономная система солнечного электроснабжения, расположенная в Ленинградской области, РФ. Установлено 6 панелей по 0.22 кВт (всего 1.32 кВт), пиковая мощность в зимний безоблачный день – 1157 Вт. Тема обсуждается на известном русскоязычном форуме.
г. Анапа, производительность батарей – 2.2 кВт, количество не указывается. За световой день электростанция генерирует порядка 9 кВт.
г. Москва, мощность СЭС 2.64 кВт. За весь июнь установка выработала 304 кВт энергии.

Примечание. Отзывы и другие полезные данные по эксплуатации СЭС вы найдете по этому адресу.

Обратите внимание: нами учитывалась только солнечная энергия для отопления, подогрев воды и прочие хозяйственные нужды в расчет не принимались. Как рассчитать число батарей на практике, смотрите в видеосюжете:

Реальные способы обогрева

Как вы поняли их вышесказанного, реализовать полноценное электрическое отопление дома солнечными батареями довольно сложно (и дорого). Далеко не каждый хозяин решится купить и установить панели на площади 100–150 м², дабы прогреть небольшой дом или дачу. Значит, схема электрокотел + водяная система + отопительные радиаторы отпадает.

Но идею обогрева солнечными модулями все же нельзя назвать утопией. Перечислим варианты, реализованные домовладельцами на практике:

панели плюс инверторные кондиционеры с коэффициентом эффективности COP 3.5–4;
подключение батарей напрямую к электрическим обогревателям без инвертора;
строительство полноценной СЭС, продажа электроэнергии государству, вырученные средства идут на оплату традиционного отопления.

Дополнение. Применение панелей в качестве дополнительных источников энергии для основного отопления обсуждать нет смысла – это очевидное решение.

Начнем с третьего варианта, который интересен предпринимателям. В странах, где государством установлен так называемый зеленый тариф, домовладелец может получать электричество из возобновляемых источников и отдавать в общую энергетическую сеть, получая прибыль. То есть, домовладелец приобретает те же 200–300 солнечных панелей, но продает энергию по хорошей цене, а не расходует почем зря.

Солнечная станция для бизнеса

Большое количество батарей на крыше жилого дома не поместится, станцию большой мощности придется размещать на участке

Например, в Украине зеленый тариф превышает обычный в 3 раза (по состоянию на июнь 2019 г.). Необходимо выдержать 1 условие: минимальная производительность СЭС – 30 кВт. Строите электростанцию, поставляете энергию в сеть, а сами покупаете втрое дешевле.

Оставшиеся 2 варианта рассмотрим поподробнее.

Отопление кондиционерами

Способ основан на эффективности инверторных сплит-систем, доставляющих внутрь дома вчетверо больше тепла, чем затрачено электроэнергии. Как реализовать такое отопление:

Первым делом максимально снижаем теплопотери здания – утепляем стены, полы и крышу, устанавливаем энергосберегающие окна. Идеальный показатель теплопотребления для жилища 100 м² – 6 кВт.
Приобретаем 2 кондиционера с инверторными компрессорами, работающими при отрицательной уличной температуре. Суммарная производительность агрегатов должна равняться теплопотерям дома, в нашем случае – 6 кВт. Потребление таких «сплитов» не превысит 2 кВт.
Монтируем солнечную станцию, способную круглосуточно обеспечивать электричеством кондиционеры.
Для отопления в самые холодные сутки стоит установить любой традиционный источник тепла – котел, дровяную печь.

Видео в конце данного раздела подтверждает, что описанная схема вполне работоспособна. Один существенный минус: при отрицательной температуре эффективность кондиционеров резко снижается, без помощи котла не обойтись. В условиях умеренного и северного климата солнечные модули в одиночку не справятся.

Примечание. Большинство инверторных сплит-систем способны функционировать при морозе до —15 °C. Коэффициент эффективности COP снижается до 1.5–2 (тепла выделяется вдвое больше, чем потребляется электричества).

Использование местных обогревателей

Речь идет о значительном удешевлении системы в случае использования неприхотливых потребителей – обычных тепловентиляторов. Ввиду отсутствия инвертора к солнечным модулям придется подключать 12-вольтовые обогреватели (можно взять автомобильный либо сделать своими руками).

Как собрать солнечный генератор электроэнергии:

Устанавливаем нужное количество батарей с рабочим напряжением 12 вольт.
Соединяем их проводами 2.5 мм² согласно приведенной ниже схеме – без инвертора.
Подключаем нагрузку – маломощный тепловентилятор на 12 В.

Ниже на видео специалист подробно описывает все нюансы такого подключения. Способ годится для обогрева отдельных комнат тепловентиляторами 1–1.5 кВт. Отопить весь дом сложнее – нужно собирать несколько отдельных контуров с солнечными панелями, чтобы не увеличивать сечение проводов.

Подключение солнечных модулей без инвертора

Заключительный вывод

Сделать полноценное отопление частного дома на солнечных батареях очень непросто. Единственный более-менее реалистичный сценарий – это применение сплит-систем, а лучше – геотермального теплового насоса, мало зависящего от уличной температуры. Установка потребляет мало электричества, поэтому сможет работать от домашней СЭС.

Мы специально исключили из статьи финансовые вопросы, поскольку речь шла о технических моментах. Но надо понимать, что оборудование солнечной энергетики – аккумуляторы, батареи, инверторы и блоки управления – стоят больших денег. Чтобы успешно решить задачу, нужно быть хорошо зарабатывающим энтузиастом.

Схема с вакуумными коллекторами, подключенными к косвенному водонагревателю, обойдется дешевле. Но в данном варианте есть свои трудности, например, аккумулирование тепла и стагнация коллектора при жаре. В нелегком деле освоения солнечной энергии нет простых решений.