Расчет мощности солнечных батарей на квадратный метр

Солнечные батареи получают энергию солнца и преобразуют ее в электроэнергию. Использование дармового ресурса обходится не совсем даром — стоимость оборудования достаточно велика, к тому же комплекс требует обслуживания, замены отработанных элементов, обновления состава. Для того, чтобы не тратить лишних денег, следует заранее определить мощность солнечных батарей, необходимых для обеспечения дома. Для этого надо знать параметры оборудования, какое количество энергии вырабатывает солнечная батарея в течение светового дня, сколько приходится на одну панель и на весь комплекс в целом. Вопрос сложный и емкий, поэтому рассмотрим его по порядку.

Что такое солнечная батарея

Если принято решение установить дома солнечную электростанцию, необходимо иметь точное представление о ее устройстве. В первую очередь, надо знать, что представляют собой солнечные панели и как они работают.

Прежде всего, надо уточнить терминологию. Под названием «солнечные батареи» принято понимать весь комплекс по принятию, преобразованию и накоплению солнечной энергии. Видимые элементы, расположенные на открытых участках (крышах, специальных опорных сооружениях или просто на земной поверхности) — это солнечные панели. Она представляют собой плоскость, составленную из отдельных солнечных элементов. Каждый из них является самостоятельным приемником солнечной энергии, преобразующим ее в электричество. Для этого использован фотоэлектрический эффект, возникающий при освещении полупроводников:

Эффективность солнечных батарей напрямую зависит от размера, типа и количества отдельных элементов, составляющих данный комплект. Один элемент способен выдать определенное, довольно небольшое количество энергии. Однако, объединенные в батарею (подключенные параллельно) и выполненные в виде сплошной принимающей поверхности (панели), они могут обеспечивать энергией определенное количество потребителей. Для пользователя остается лишь выполнить расчет солнечных батарей и определить, сколько нужно приобрести панелей и дополнительного оборудования.

Советуем прочитать: правильная установка солнечных батарей на крыше дома или дачи.

Как выбрать остальные составляющие системы

Обязательными компонентами для работы солнечной батареи является инвертор и аккумулятор, а так же крепления для солнечных панелей. Для обеспечения дома энергией и правильной работы системы при их выборе также необходимо учитывать определенные технические характеристики.

Выбор емкости аккумуляторов

Зачем нужно выбирать емкость аккумулятора? В солнечной батарее вырабатывается энергия, которая накапливается в аккумуляторе, с целью выполнения трех важных функций:

• компенсировать периоды плохой погоды и продолжать электроснабжение дома;
• покрывать пиковую нагрузку;
• обеспечить электроэнергией частный дом в ночное время.

На сегодняшний день нет проблем с выбором аккумулятора, промышленность выпускает разнообразные модели для систем резервного питания, которые отлично подходят для солнечной батареи. Но проблема может возникнуть в том случае, если для большого количества модулей будет недостаточно емкости одного аккумулятора, поэтому очень важно правильно выбрать солнечный аккумулятор с учетом потребляемой энергии и технических характеристик устройства. Например, аккумулятор мощностью 12В и емкостью 100А/ч (ампер/час) может сохранять 1200 Вт*ч. Но постоянно аккумулятор не может сохранять столько энергии, так как его работа напрямую зависит от зарядки и интенсивности использования. Специалисты советуют производить расчеты так, чтобы размер батареи аккумулятора позволял сохранить энергии минимум на 4 дня. Если более понятным языком: представим потребность дома в 3600 Вт*ч в день, теперь делим эту цифру на напряжение 12Вт, после чего получаем дневную норму 300 А*ч. То есть на 4 дня бесперебойной работы нам нужен заряд 1200 А*ч.

Аккумуляторы для солнечных панелей

Перед покупкой и выбором типа аккумулятора учитывайте, что батарея из свинца требует на 20% больше от рассчитанного значения, так как ей нежелательно полностью разряжаться. А вот, например, для батареи кадмиево-никелевой дополнительно уже потребуется свыше 20%. То же самое правило применяется и к железо-никелевым. Насчет щелочных можете быть спокойны, так как полная разрядка аккумулятора не вредит их сроку службу и общей работе.

Для того чтобы аккумулятор прослужил заявленный срок и не подвергался перенапряжениям или, наоборот, глубокой разрядке, необходимо использовать качественный контроллер.

Выбор инвертора

С помощью инвертора постоянная энергия, получаемая панелями от солнца, превращается в переменную с повышением напряжения до 220В, необходимого для обеспечения бытовых потребностей. Мощность инвертора начинается от 250 Вт и может достигать 8000 Вт. Оптимальным вариантом является инвертор с мощностью 3000 Вт, который способен обслуживать сразу несколько модулей параллельного подключения. Специалисты советуют выбирать для дома трехфазные синусоидальные инверторы. Они отличаются надежностью, высоким качеством и долгим сроком службы. Кроме того, они также могут служить «буфером» для вывода излишней солнечной электроэнергии в общую сеть.

Разновидности

Эффективность и производительность солнечных панелей зависят от конструкции отдельных элементов. Существует несколько разновидностей:

1. Монокристаллические. Изготавливаются из одного монокристалла, выращенного из кремния в определенных условиях. Представляют собой тонкий поперечный срез. КПД составляет 17–22 %. Это самые дорогие и качественные элементы. Внешне выглядят как черные прямоугольники со скошенными краями.
   Читайте также:  Отопление гаража своими руками: самые экономные способы с ценами и фото
2. Поликристаллические. Разработаны для того, чтобы снизить себестоимость и конечную цену элементов. Изготавливаются из расплава кремния, состоящего из множества кристаллических образований. КПД составляет 12–18 %. Характеристики этих элементов несколько снижены, но и цена более доступная для массового покупателя. Внешне они представляют собой синие прямоугольники.

3. Аморфные элементы. Эти элементы имеют более слабые характеристики, чем моно- или поликристаллические конструкции. Однако, они намного дешевле, что позволяет получить общую мощность аморфных солнечных панелей, не уступающую более производительным конструкциям. Разница только в количестве элементов. Аморфные солнечные батареи изготавливаются из разных материалов, могут быть жесткими или гибкими. Особенностью таких панелей является способность работать в пасмурную погоду, когда освещенность низкая.

Самыми производительными панелями считаются арсенид-галлиевые, но их обычно не учитывают в общей классификации. Они слишком дорогие, поэтому для частных пользователей не доступны.

Кроме этого, существуют одно- и двухсторонние солнечные батареи, способные поглощать свет одной или обеими сторонами. Однако, пока применения двусторонним панелям не найдено, так как для использования одновременно обеих сторон требуется отражающая система. Она сложна в изготовлении и настройке, дешевле использовать большее количество обычных панелей.

Коллекторы: получение тепла из солнечной энергии

• насосная станция;
• бак-аккумулятор;
• контроллер;
• трубы и фитинги.

Виды коллекторов:

• плоские: состоят из плоского абсорбера, покрытия, теплоизолирующего слоя;
• вакуумные (трубчатые): состоят из стеклянной колбы, теплоизоляционный материал заменен на вакуум, который заполняет емкость (в ней также находится абсорбер).

У второго варианта есть существенное преимущество – низкие теплопотери. По этой причине вакуумные коллекторы применяются повсеместно там, где не могут быть установлены плоские аналоги.

Состав комплекта солнечных батарей

Комплект солнечных батарей для дома представляет собой набор оборудования, где сами панели играют роль только приемника и источника энергии. Сами панели, принимая и перерабатывая свет в электрический сигнал, отдают его через контроллер заряда на аккумуляторные батареи. Они соединены с сетевым инвертором — устройством, преобразующим постоянный ток в стабильные переменные 230 В. Инвертор выдает это напряжение на потребителей, а излишки (если они есть) он может отдавать в централизованную сеть. Некоторые комплекты малой мощности работают только на снабжение собственного потребления и в сеть ничего отдать не способны. В европейских странах уже достаточно давно используется схема выдачи в сеть излишков энергии, за что владельцы частной солнечной электростанции получают определенные льготы, скидки или доплаты.

Все оборудование размещается в доме, снаружи только солнечные панели. Для частного дома этого комплекта может хватить даже без дополнительной подпитки из централизованной сети, если расчет количества солнечных батарей и дополнительного оборудования выполнен правильно. Особенностью любого комплекта является возможность увеличения его параметров путем установки дополнительных панелей и увеличения емкости аккумулятора. Поскольку производительность напрямую завязана на площадь освещенной поверхности, суммарный размер панелей определяет возможности всего комплекта.

Вычисляя параметры комплекса, необходимо делать поправку на непостоянство солнечного освещения. Например, в летнее время комплекс выдает в 10 раз меньше энергии, чем летом. Кроме того, погодные условия также вносят свои поправки. Поэтому, определить показатели солнечной электростанции можно только приблизительно, а при расчетах приходится делать большой запас. Максимальной эффективностью обладают крупные солнечные электростанции промышленного назначения, способные питать большие населенные пункты.

Какие солнечные электростанции подходят для частного дома

Полностью автономные солнечные электростанции созданы для домов, не подключенных к централизованному электроснабжению. Днем автономная система снабжает дом электричеством и заряжает аккумуляторы, которые возьмут на себя обеспечение хозяйства энергией в ночное время.
Сетевые солнечные электростанции не накапливают электроэнергию, они работают параллельно с внешней сетью по приоритетной схеме. Дом в основном снабжается от солнечных модулей, а внешняя сеть используется только ночью, при плохой погоде или при недостатке мощности. Нередко ими компенсируют и недостаток выделенной мощности — это распространенная проблема в дачных поселках, сильно ограничивающая степень комфорта в загородном доме.

Автономная СЭС при необходимости может быть легко модернизирована до автономно-гибридной, которая будет сочетать преимущества обоих описанных выше типов. Этот тип станции может работать параллельно с сетью, обеспечивая функцию резервного питания на случай отключения централизованной подачи.

Где купить

Приобрести солнечные панели можно как в специализированном магазине, так и онлайн в Интернет-магазине. Во втором случае, особого внимания заслуживает бюджетный вариант приобретения изделий на сайте Алиэкспресс. Для некоторых панелей есть вариант отгрузки со склада в РФ, их можно получить максимально быстро, для этого при заказе выберите «Доставка из Российской Федерации»:

От чего зависит мощность солнечный батарей

Конструкция гелиобатареи — не единственный фактор, определяющий эксплуатационные показатели комплекса. В процесс вмешиваются внешние факторы, которые уменьшают возможности комплекса. Они воздействуют на работу оборудования поодиночке и сообща, снижая эффективность и уменьшая показатели гелиостанции.

Мощность солнечной батареи — это количество электроэнергии, которое она способна выдать в единицу времени. Это величина конечная, то есть рассчитанная по максимальному значению и имеющая определенный предел. Известно, что солнечная постоянная — 1 кВт на 1 м². Эта величина измерена в определенных условиях, обозначает количество энергии, падающее на земную поверхность в солнечный день при температуре 25° и постоянно вертикальном падении на поверхность. На практике получение полного расчетного объема энергии невозможно.

КПД солнечных панелей ограничен и не превышает 24 %, поэтому максимальной мощностью, полученной от 1 м² принимающей поверхности может быть 0.24 кВт. Это в идеальных условиях и с постоянной коррекцией положения поверхности относительно Солнца. На практике таких условий не бывает. В ситуацию вмешиваются погодные, климатические и сезонные условия. Возможны целые пасмурные недели, длительность светового дня в летний и зимний период существенно отличается.

Кроме этого, температура также влияет на способность солнечных элементов производить энергию — ее выработка значительно падает, как только температура поднимается выше +25°. Это означает, что в ясный летний день, когда мощность солнечных батарей на каждый квадратный метр должна быть максимальной, получить ожидаемый результат не удастся из-за сильного нагрева фотоэлементов. Поэтому, производя расчет солнечной электростанции, надо делать поправки на сезонные условия, длительность дня и прочие природные факторы.

Следующий фактор, который необходимо учесть при выполнении расчета — деградация гелиопанелей. Этот показатель у разных моделей отличается, есть образцы, сохраняющие до 90 % рабочих качеств даже через 20–25 лет эксплуатации. однако, у большинства панелей деградация происходит равномерно и пропорциональна длительности использования.

Кроме этого, расчет количества солнечных панелей необходимо делать с учетом потерь на дополнительном оборудовании — инвертор имеет КПД около 92–96 (и это одна из лучших моделей). Кроме этого, неизбежны потери на АКБ и контроллере, которые достигают 40 % и также снижают общие параметры комплекса. Сами приборы расходуют энергию на питание собственных плат. Поэтому, полный и точный расчет солнечных панелей — задача крайне сложная, требующая экспериментального подтверждения.

Расчет мощности

Рассмотрим подробно, как рассчитать мощность гелиопанелей. Прежде всего, необходимо вычислить свое потребление. Для этого надо сложить потребляемую мощность всех электроприборов, нагревателей, освещения и прочих потребителей. Сделать это непросто, так как придется вспомнить все мелочи, которых оказывается довольно много.

Стоит отметить, что если планируется установить солнечные батареи на дачу, то как правило, такое решение окупится по причине достаточно небольшой требуемой мощности.

Для простоты рассмотрим пример расчета по готовой сумме потребления. Например, есть частный дом, который потребляет в месяц 300 кВт/час. Это означает, что в день потребление составляет 10 кВт/час. Здесь необходимо определить, сколько солнечных панелей, способных вырабатывать в сутки не менее 10 кВт, нужно для дома.

Прежде всего, надо определиться с временем работы системы. Даже самые мощные элементы способны принимать энергию только в определенное время суток. Рабочий период называется пиковыми солнечными часами. Их не следует путать с длительностью светового дня, которая гораздо больше. Однако, утренние и вечерние часы в расчет не берутся, так как для оборудования они непродуктивны.

Как правило, учитывается время с 9 до 16 часов. Этот период можно еще сократить, чтобы скорректировать потери от деградации панелей, изношенного оборудования или АКБ. Допустим, рабочее время панелей в сутки составит 5 часов. При потребности в 10 кВт, необходимо, чтобы на 1 час приходилась выработка не менее 2 кВт энергии. Руководствуясь этим значением, можно подсчитать, сколько солнечных батарей нужно для обеспечения дома, если часовая выработка составляет 2 кВт. Для этого надо изучить технические характеристики разных моделей и выбрать наиболее удачные варианты.

Существуют и другие методы. Можно рассчитать мощность по формуле:

где Рсп — мощность панелей, кВт;

Еп — суточное потребление, кВт;

К — коэффициент потерь (1.2–1.4);

Ринс — мощность инсоляции на земной поверхности;

Еинс — среднемесячное значение инсоляции (берется в таблицах).

Эта формула дает достаточно корректный результат, но неподготовленному человеку пользоваться ей трудно. Придется искать величины инсоляции, которые различаются по регионам. Для неопытных людей проще всего использовать онлайн-калькулятор, которых в сети довольно много.

Одна панель в сутки вырабатывает около 100 Вт энергии. Есть маломощные модели, по 50 Вт, пригодные для питания осветительных приборов с низким потреблением. Выбирать устройства необходимо с некоторым запасом, учитывая возможность появления дополнительных потребителей и деградацию оборудования. На практике приходится учитывать также стоимость панелей и условия их работы. Например, если солнечных дней в году мало, оптимальным вариантом станут гибкие модели, хорошо работающие даже в сумерках.

В заключение необходимо напомнить, что самостоятельный расчет мощности — задача трудная даже для профессионалов. Приходится учитывать большое количество факторов, о которых неподготовленный человек даже не имеет представления. Поэтому, лучшим вариантом будет обращение к специалисту, или расчет с помощью онлайн калькуляторе (что несколько хуже).