Как выбрать солнечные батареи для дома – расчет системы

Содержание:

Особенности используемых в формуле показателей

Величина солнечной энергии, падающей на крышу и стены дома в определенном регионе, может измеряться для разных промежутков времени. Метеорологи (именно они занимаются измерением этого показателя) рассчитывают годовую, месячную и дневную солнечную радиацию, приходящуюся на 1 кв. м. Если этот показатель годовой, то его единицей измерения является кВт*ч/(м²*год). Вместо слова «год» могут быть слова «месяц» и «день». Например, показатель 5 кВт*ч/(м²*день) означает, что за 1 день на 1 квадратный метр падает 5 кВт солнечной энергии.

В вышеуказанную формулу можно подставлять любой показатель. При этом следует помнить, что если подставляется годовая солнечная энергия, то результатом расчета будет такое количество электроэнергии, сколько панель производит за 1 год. Аналогично с показателями других промежутков времени. Наиболее целесообразно высчитывать месячную выработку электрической энергии. Это потому, что интенсивность освещения в каждом месяце различна, и для выработки, например, 10 кВт электричества, надо использовать , а также подключать соответствующее число аккумуляторов.

Хотя выражение включает в себя 2 показателя, его следует рассматривать, как один. Это потому, что он показывает производительность панели. Более правильно было бы использовать выражение , где S является площадью светочувствительных пластин в кв. м. Оно позволяет определить КПД солнечных батарей, а точнее, какую часть света может превратить 1 кв. метр панели в электрическую энергию.

Например, есть немецкая монокристаллическая панель SolarWorld 2015. Она имеет площадь 1,995 кв. метр и мощность 320 Вт. Ее КПД составляет 320 / (1 000 * 1,995) * 100 = 16,04%. Конечно, для применения в формуле выражение на 100 умножать не надо. В ней следует использовать число 0,1604.

Однако второе выражение не используют потому, что результатом будет мощность 1 кв. метра панели. Как известно, батарея редко имеет такую площадь. Этот ее показатель значительно больше. Например, вышеупомянутое изделие имеет площадь 1,995 м². В итоге, конечный рассчитанный по формуле результат нужно было бы умножать на площадь. Получилось бы так, что в числителе и знаменателе выражения будет S. А если S делить на S выйдет 1.

Ко берут из специальной таблицы, в которой разной величине угла наклона и угла отклонения от южного направления соответствует определенный коэффициент. Такую таблицу могут предоставить производители. Также они всегда могут дать полезные консультации, часть которых может касаться выбора аккумуляторов.

Набор оборудования для солнечной станции

Мощная солнечная батарея для дачи – устройство не самодостаточное. Полученную энергию нужно где-то запасти, чтобы вечером и в пасмурную погоду полноценно пользоваться бытовыми электроприборами.

Поэтому емкий и живучий аккумулятор нам в любом случае потребуется. В его выборе есть один важный нюанс: не пытайтесь сэкономить, покупая стартовый автомобильный аккумулятор. Он плохо подходит для цикличного запасания энергии и не переносит глубокого разряда. Его главное предназначение – дать мощный, но кратковременный ток для пуска двигателя.

Для запасания и медленного расходования энергии нужны аккумуляторы другого типа: AGM или гелевые. Первые дешевле, но имеют небольшой срок службы (до 5 лет). Гелевые аккумуляторы дороже, но зато работают значительно дольше (8-10 лет).

Контроллер – еще один важный элемент автономной гелиостанции. Он выполняет несколько задач:

  • Отключает батарею от аккумулятора в момент полного заряда и включает ее для новой закачки электричества.
  • Выбирает оптимальный режим зарядки, повышая количество запасаемой энергии.
  • Обеспечивает максимальный срок службы аккумулятора.

Существует несколько типов контроллеров, используемых в солнечных станциях:

  • ON/OFF «включил-выключил»;
  • MPPT.

Самый дешевый прибор просто отключает солнечную панель от аккумулятора при возрастании напряжения на его клеммах до максимального уровня. Это не лучший вариант, поскольку в этот момент аккумулятор еще не полностью заряжен.

Более дорогой PWM-контроллер действует «умнее». После набора максимального напряжения, он понижает его до заданного уровня и держит еще пару часов. Так достигается более полный уровень накопления энергии.

И наконец, самый интеллектуальный контроллер MPPT- типа максимально эффективно использует мощность солнечной панели на всех режимах ее работы. Это позволяет запасти в аккумуляторе дополнительно от 10 до 30 % электричества.

Независимо от вида используемых полупроводниковых материалов (поликристаллы, монокристалл, аморфный кремний) устройство солнечной батареи представляет собой цепочку последовательно соединенных ячеек-модулей. Каждый из них генерирует небольшое напряжение (в пределах 0,5 вольт) и слабый ток (десятые доли ампера). Работая вместе, они «сливают» накопленную энергию в общий канал и на выходе из батареи мы получаем ток большой силы и постоянного напряжения (12 или 24 Вольт).

Стандартные бытовые электроприборы рассчитаны на 220 Вольт, поэтому работать от «постоянки» не будут. Преобразование постоянного тока в переменный выполняет отдельное устройство-инвертор. Им завершается цепочка оборудования, необходимого для солнечной батареи.

Несмотря на относительно высокую стартовую стоимость компонентов солнечной станции, ее эксплуатация получается выгодной благодаря большому ресурсу «жизни» главных элементов: фотокристаллической панели и аккумулятора.

Выгода от солнечных батарей и их окупаемость

Все остальные должны подключаться к электросетям по общей процедуре технологического подключения, которая является довольно сложной и дорогостоящей.

Ситуация скоро может радикально измениться. Владельцам частных солнечных батарей мощностью до 15 кВт можно надеяться на порядок бесплатного подключения к местным электросетям и даже на получение платежей за отданную в сеть электроэнергию. Такую надежду дает недавнее Поручение вице-президента Правительству РФ о стимулировании развития микрогенерации на основе возобновляемых источников энергии от 17 февраля 2017 года. Вполне возможно, что скоро любой владелец солнечной батареи, соединенной с сетью через соответствующий сетевой фотоэлектрический инвертор, сможет получать небольшую компенсацию за отправленные в сеть излишки солнечной электроэнергии. Предполагается, что для расчетов для платежа будет использоваться текущая рыночная цена на оптовом рынке электроэнергии. Конечно, это делает невыгодным отдачу излишков в сеть, но зато появится возможность легального подключения к электросетям. Поручение делает исключение для многоквартирных домов — для них порядка установки и подключения солнечных батарей к электросетям пока не предвидится.

Что это такое

Процесс генерирования электричества из частиц солнечного света – фотонов – в перечне природных компонентов называется фотоэлектрическим эффектом. После открытия данного физического явления встал вопрос о том, как его можно контролировать. С этой целью были созданы специальные компактные электронные приспособления – фотоэлементы, в основе которых содержатся полупроводниковые материалы.

На промышленном производстве нашли способ объединить микроскопические преобразователи в достаточно большие и эффективные панели. В частности, КПД кремниевых модульных гелиопанелей, которые в больших объемах выпускаются современными предприятиями, составляет 18-22 %.

Солнечная батарея состоит из нескольких таких модулей. Через нее солнечные фотоны подаются в электрическую цепь в качестве частиц постоянного тока. Далее они распределяются по аккумулирующим устройствам или трансформируются в заряды переменного тока с напряжением в 220 вольт. Полученная энергия позволяет питать домашние электроприборы.

Разновидности солнечных модулей для дома

Модульные гелиопанели состоят из фотоэлектрических преобразователей. На производстве выпускают два вида таких устройств.

Различие между преобразователями состоит в разновидности кремниевых полупроводников:

  • Поликристаллические. Получают такие фотоэлементы путем длительного охлаждения кремниевого расплава. Хотя данная технология существенно удешевляет процесс производства и делает изделия более доступными для покупателей, их эффективность не превышает 12 %.
  • Монокристаллические. В данном случае речь идет об искусственном выращивании кристаллов кремния, которые затем нарезают на тонкие пластины. Этот способ считается наиболее затратным, однако он обеспечивает более высокий коэффициент полезного действия. Среднее значение его колеблется в пределах 17 %, однако встречаются фотоэлементы на монокристаллах и с более высокими показателями.

Фотоэлементы на поликристаллах имеют плоскую квадратную форму и поверхность с неоднородной структурой. В то же время, монокристаллические солнечные элементы обладают однородной структурой поверхности и формой в виде квадрата со срезанными углами.

Расчет количества солнечных батарей

Он делается очень просто: общую потребность в электроэнергии делят на мощность панели. Общую потребность можно определить двумя способами:

  1. Составить список всех электрических устройств, определить примерную продолжительность работы в течение месяца, рассчитать, сколько электроэнергии каждый из них потребляет в месяц (мощность умножается на число часов), и суммировать все полученные цифры.
  2. Поднять квитанции по оплате за электроэнергию и найти самое большое употребленное за один месяц количество кВт*ч. На всякий случай полученную цифру можно умножить на 1,5.

Предположим, что за месяц 3-4 жители дома используют 300 кВт*ч. Чтобы полностью обеспечить себя своей электрической энергией, нужно иметь 300*12/284,16 = 12,66 панелей SolarWorld 2015. Конечную цифру округляют, конечно, в большую сторону. Поэтому покупать надо 13 панелей.

В 1991 году в Германии, в столице Баварии Мюнхене, открылась выставка INTERSOLAR EUROPE. На этой выставке ведущие производители систем солнечной энергетики представили свои самые новейшие разработки.

По замыслу организаторов этой выставки – компании Freiburg Wirtschaft Touristik und Messe GmbH & Co. KG – эта международная выставка была полностью посвящена использованию в различных сферах солнечных элементов фотовольтаики, а также компонентов солнечного теплоснабжения

Выставка сразу же привлекла внимание специалистов из многих стран мира. Она имела большой успех, поэтому организаторы решили сделать ее традиционной и проводить ежегодно. На выставку, которая проходит в мае-июне, съезжаются руководители крупнейших компаний-производителей, а также компаний, использующих различные виды изделий солнечной энергетики, приезжают разработчики, инженеры, ученые, работающие в этой области

На выставку, которая проходит в мае-июне, съезжаются руководители крупнейших компаний-производителей, а также компаний, использующих различные виды изделий солнечной энергетики, приезжают разработчики, инженеры, ученые, работающие в этой области.

Все хотят ознакомиться с новыми идеями, новейшими технологиями в области применения энергии солнца. Специалисты обмениваются опытом, представляют свои последние разработки. В выставочных залах можно увидеть миниатюрные зарядные устройства и самые мощные солнечные батареи, прозрачный телевизор на солнечных батареях и солнечный дом, различные приборы, устройства, машины, работающие исключительно от энергии солнца.

Эта выставка не предназначена для широкой публики, а рассчитана исключительно на профессионалов. На ее площадках проводятся семинары, конференции для специалистов, работающих в областях фотовольтаики, систем хранения энергии, возобновляемых отопительных технологий. Для презентации самых интересных разработок выделяются отдельные павильоны.

На двух последних выставках китайские и южнокорейские производители солнечных модулей представили свои новейшие изделия — панели мощностью более 300 ватт.

Принцип работы и разновидность солнечных электростанций

Функциональность солнечных электростанций зависит от их конструкции. Есть несколько видов СЭС. По функциональности они разделяются на две группы:

  • устройства, превращающие солнечные потоки сначала в тепловую энергию, а затем в электрическую;
  • станции, напрямую преобразующие радиацию светила в электрический ток.

СЭС бывают разного строения.

Башенная установка

Конструкция представляет собой сложную систему. Ее название говорит само за себя. Схема предполагает наличие специальной башни, вверху которой расположен водяной котел черного цвета.

Башня содержит группу насосов, качающих жидкость в резервуар. Рядом с высотным сооружением по кругу находятся наземные гелиостаты – опорные сферические зеркала. Они отслеживают перемещение солнца и направляют отраженный световой поток на емкость. Полученный в котле пар подается в турбины, которые вырабатывают электричество. Затем охлажденная жидкость возвращается в котел. Такой тип электростанции задействует стандартные турбокомпрессоры с высоким показателем КПД и мощности, что очень выгодно в промышленных масштабах.

Тарельчатый тип

Этот вид СЭС функционально напоминает предыдущую конструкцию, но имеет другую схему строения. Система состоит из высотных солнечных модулей с приемником и круглым зеркальным отражателем, напоминающим тарелку. Мощность модуля определяет количество используемых зеркал. Тарельчатая установка может работать от сети или автономно.

Солнечные электростанции с батарейными установками

Конструкции состоят из солнечных батарей, обеспечивают энергией разные объекты инфраструктуры. Они могут устанавливаться в разных частях здания или на специально отведенных территориях, так как легко поддаются монтажу. Основу системы составляют отдельные модули разной мощности, которые состоят из полупроводниковых материалов. Фотоэлектрические элементы способны преобразовывать в ток любые солнечные лучи – прямые или рассеянные.

С применением параболоцилиндрического концентратора

Это вид СЭС идентичен станциям башенного типа. Они нагревают теплоноситель так, как это нужно турбогенератору. Большую роль играет длинное зеркало параболоцилиндрической формы со специальной трубкой, которая перемещает масло или незамерзающую жидкость. Нагреваясь до нужной температуры, теплоноситель превращает воду в пар, который используется турбиной.

Как работает

С двигателем Стирлинга

СЭС с двигателем Стирлинга

Такие СЭС достигают высокой концентрации теплового излучения. Система улавливания светила осуществляется по двум координатам. Солнечный свет фокусируется в одном месте небольшой площади. Зеркальная конструкция оборудована тепловой машиной – двигателем Стирлинга с применением солнечных модулей. Она работает по принципу периодического нагрева-охлаждения рабочего тела, извлекая энергию путем изменения его объема. Рабочим телом может быть газ или жидкость.

Есть несколько вариантов двигателей Стирлинга, работающих по разным циклам. Функциональность машины зависит от особенностей ее конструкции. Цикличность задается диаметром поршня-вытеснителя, который влияет на радиус кругового движения регенератора.

Космического типа

СЭС аэростатного типа являются нововведением. Они работают при помощи специальных комплектов модулей, расположенных на орбитальных станциях вне нашей планеты. Устройства улавливают большое количество солнечной энергии, поэтому мощны и эффективны.

Комбинированные конструкции

Такой вид СЭС – это совокупность разных источников энергии с установкой солнечных батарей. Они могут включать несколько разновидностей солнечных электростанций или дополнительную установку теплообменных конструкций для образования раскаленной жидкости, которая впоследствии может применяться в разных целях.

С вакуумным механизмом

Солнечно-вакуумные электростанции функционируют на искусственно созданной энергии путем различия температур воздуха возле нагретой солнцем земли и на возвышенности. Конструкцию системы составляет башня с электрогенератором и закрытая стеклом прилегающая территория.

Схема электропроводки от гелиопанелей

Чтобы понять, каким образом солнечная электроэнергия для дома попадает в электросеть и питает бытовые приборы, стоит рассмотреть схему работы солнечного оборудования. Несмотря на кажущуюся сложность, принцип действия схемы является достаточно простым и состоит из четырех этапов.

Солнечные панели являются первым компонентом электрической схемы. Они собираются из заданного количества пластин фотоэлементов в прямоугольные тонкие модули. Мощность фотопанелей может быть разной, однако она всегда делится на 12 вольт.

Для улавливания фотонов плоские панели размещают на открытых для солнечного света пространствах. Мощные солнечные батареи для дома получаются после объединения модульных блоков между собой. Такая батарея предназначена для преобразования солнечной энергии в постоянный ток.

Аккумуляторы служат для накопления электроэнергии, полученной от солнца. В данном случае, если бытовые приборы в доме были подключены к центральной электросети, то генерируемая солнечная энергия накапливается в аккумулирующих устройствах. Кроме того, они запасают излишнее количество электроэнергии, поступающей с гелиопанелей, которая не расходуется в полном объеме.

Задачей аккумулятора является подача необходимого количества электроэнергии и обеспечение стабильности напряжения, когда возрастает ее потребление. Ту же функцию аккумуляторные блоки выполняют в ночное время суток либо при недостатке солнечного света, когда фотопанели не работают.

Последний важный узел схемы электроснабжения от солнечных батарей – это инвертор. Он необходим для преобразования постоянного тока, который подается от солнечных модулей к аккумуляторам, в переменный с напряжением в 220 вольт. Как известно, такой уровень напряжения необходим для работы большинства современных бытовых приборов.

Как рассчитать параметры аккумулятора

Аккумуляторные батареи составляют значительную часть стоимости всей солнечной системы. Прежде всего это связано с их регулярными заменами в процессе эксплуатации. Данные устройства обладают различной емкостью и сроками службы, поэтому и цена существенно отличается. Существует определенный порядок определяющий расчет солнечной батареи для дома, на основании которого каждый принимает решение о покупке той или иной модели аккумулятора.

Основными параметрами любой батареи являются емкость и количество циклов зарядки и разрядки. Показательные расчеты можно выполнить на примере обычного кислотного аккумулятора, напряжение которого составляет 12 В, а емкость – 100 А*ч. Требуется вычислить возможный объем энергии, накопленной за 1 раз и количество той же энергии, отдаваемой за 1000 циклов, составляющих срок службы батареи. Все расчеты проводятся с учетом соблюдения правил и эксплуатационных норм. Например, повышение температуры сокращает срок службы устройства, а понижение приводит к уменьшению емкости.

Итак, сколько же энергии способен выдать аккумулятор полностью заряженный, а затем полностью разряженный. Для получения результата емкость в 100 А*ч умножается на среднее значение напряжения в 12 В. Итоговой цифрой будет 1200 Вт*ч или 1,2 кВт*ч. Однако на практике полная выработка аккумулятора считается при 40-процентном остатке от начальной емкости. В этом случае показатель средней емкости за весь период эксплуатации будет не 100 А*ч, а только 70. Поэтому реальный запас электроэнергии получается: 70 А*ч х 12 В = 840 Вт*ч или 0,84 кВт*ч.

В инструкции к батарее указано, что ее нежелательно разряжать больше чем на 20% от общей емкости. То есть, в темное время суток из аккумулятора можно без последствий взять только 0,164 кВт*ч. Нормальная разрядка батареи должна происходит в течение 20 часов. Если этот процесс происходит под влиянием высокого тока, то емкость снизится еще больше. Таким образом, наиболее оптимальный ток разрядки будет 5 А, а мощность на выходе батареи – 60 Вт. Если требуется решить задачу, как рассчитать мощность с повышенным значением, в этом случае количество аккумуляторов увеличивается или изменяется режим работы имеющихся устройств.

Большое значение в обеспечении рабочего режима придается правильным настройкам контроллера зарядки и разрядки. При достижении определенного напряжения заряда производится отключение, в противном случае начнется закипание электролита и его интенсивное испарение. Точно так же отключаются потребители, при разряде батареи до 80%. Соблюдение рабочего режима и рекомендаций производителя существенно увеличивает срок службы аккумуляторных батарей.

Что нужно знать, инвестируя в солнечные батареи

Солнечные батареи рекламируются как инвестиции в дома и в будущее. Однако, есть существенная разница между обычными инвестициями (например, банковские вклады или инвестиционные счета) и покупкой и установкой солнечной фотоэлектрической системы.

Срок службы солнечных батарей — более 30 лет. Окупаемость считается обычно на срок 5-10 лет. После этого срока вы будете получать от солнечных батарей практически бесплатную энергию. Замены потребуют только электронные устройства (солнечные контроллеры, сетевые или батарейные инверторы) — через примерно 15 лет. Если у вас есть в системе аккумуляторы, то их тоже придётся заменять через определённый интервал времени — в зависимости от глубины разряда и от количества циклов периодичность замены колеблется от 3 до 12 лет.  Поэтому система с сетевыми фотоэлектрическими инверторами без аккумуляторов является предпочтительной — она требует минимального обслуживания и наиболее надёжна. Основной её недостаток — ваши солнечные панели перестают работать при перебоях централизованного электроснабжения. Если перерывы у вас редкие и кратковременные, то на этот недостаток можно не обращать внимания.

Факторы, которые влияют на окупаемость ваших вложений в солнечные батареи

Есть несколько переменных, которые влияют на окупаемость ваших солнечных панелей.

  • Инфляция будет увеличивать тарифы на электроэнергию от сети каждый год. Целевая инфляция на 2017 год, которую хочет достичь Центробанк РФ — 4%. Как мы видим по опыту нескольких прошедших лет, инфляция колебалась от 7 до 16% в год. Цены на электроэнергию повышались еще больше, чем средняя инфляция. К началу 2018 года инфляция снизилась до целевых 4%, но рост тарифом на электроэнергию продолжается. Очередное повышение цен будет, как обычно, в июле.
  • Увеличение цен на электроэнергию будет влиять на то, сколько денег вы сэкономите солнечными батареями на ваших счетах за электроэнергию. Чем выше будет цена, тем больше вы сэкономите.
  • Цена на солнечные панели и их установку в валюте постепенно падает. Однако для цен в рублях это совсем не так. Те дальновидные потребители, которые купили солнечные панели в 2012-2014 годах защитили свои сбережения от падения курса рубля. Они «зафиксировали» курс на уровне 33 рублей за доллар и теперь окупаемость их солнечных панелей резко сократилась. У нас есть примеры наших клиентов, у которых солнечная электростанция окупилась уже на 4 года эксплуатации. 
  • Снижение процентных ставок на вклады в банках – инвестиции в солнечные батареи часто сравнивают с банковскими вкладами. Т.е. люди считают, что выгоднее — хранить деньги в банке и получать проценты, а на эти проценты покупать электроэнергию от местных энергосетей, или купить солнечные батареи  и получать электроэнергию от них бесплатно. Во времена высоких процентов по вкладам (14-17% годовых) ответ был неоднозначен, и скорее всего в пользу банковского вклада. Но с 2018 года проценты по вкладам уже стали в среднем менее 5% годовых и продолжают снижаться — при таком «раскладе» инвестиции в солнечные батареи становятся более выгодными, чем банковские вклады. Не говоря уже о других инструментах — инвестиционных счетах, ПИФах и т.п., по которым доходность в последние 2-3 года существенно ниже доходности по банковским вкладам.

Убедитесь, что вы вкладываете деньги в высококачественные солнечные батареи. Для того, чтобы сделать правильный выбор, обязательно ознакомьтесь с нашим Руководством покупателя солнечных батарей.

Устанавливаем инвертор

Мощность инвертора должна быть такой, чтобы он мог выдерживать пиковые уровни нагрузки в течение длительного времени. Входящее напряжение такого блока должно быть равно внутреннему напряжению всей солнечной электроподстанции.

Чтобы не ошибиться с выбором, обратите внимание на следующие моменты:

  1. Частота и форма переменного тока. Чем ближе к параметру в 50 Гц, тем лучше.
  2. Эффективность устройства должна составлять не менее 90 %. В идеале, чем больше, тем лучше.
  3. Энергопотребление самого прибора. Это значение должно быть соизмеримо с общим количеством энергии, необходимой для функционирования системы. Показатель в 1 % считается идеальным.
  4. Может ли инвертор справляться с кратковременными нагрузками, двукратно превышающими заявленную мощность.

Стоит отметить, что если вы подберете инвертор со встроенным контроллером, это будет оптимальным вариантом. 

ТОП-10 лучших бесплатных VPN сервиса, на которых можно скачать расширение для любой ОС или браузера

Дата: 25 сентября 2020
Напишите комментарий

Adblock
detector