Как рассчитать солнечные панели
Солнечные батареи – это отличная альтернатива традиционным источникам энергии, они экологичны и экономичны. Но чтобы гелиоустановки давали требуемый результат, работали бесперебойно, безаварийно и продуктивно, очень важно правильно рассчитать солнечные батареи для дома или квартиры. Для этого учитывают множество показателей, который влияют на производительность солнечных панелей.
Обычно расчет солнечной батареи или электростанции – вопрос индивидуальный. Многое зависит от потребностей, места расположения, климатических условий. Специалисты для расчета солнечных батарей для дома используют специальные алгоритмы и программы-калькуляторы, берут в расчет метеорологические условия (солнечную инсоляцию, температуру, скорость ветра и т.д.). Единого подхода к расчету различных солнечных панелей не существует, но зато есть общие принципы, как это сделать с учетом тех или иных параметров. Ниже мы рассмотрим основные из них и попробуем разобраться, как же все-таки правильно рассчитать солнечные батареи.
Что учитывать при расчете солнечных батарей
Прежде чем рассчитать солнечные панели для дома или квартиры, нужно определиться с задачей. А именно, будут ли использоваться солнечные панели только для резервного питания, как дополнительный источник энергии или полностью должны обеспечить потребности объекта в электрической энергии. Затем надо определить суммарную мощность приборов, которые нуждаются в стабильной и бесперебойной поставке электроэнергии, генерируемой солнечными батареями. Важно запомнить, что существует прямо пропорциональная зависимость потребляемой приборами мощности «на выходе» и продолжительности их работы с увеличением емкости массива АКБ, мощности инверторов и, в конечном итоге, стоимости всей гелиоустановки.
Кроме того, расчет солнечных батарей будет зависеть от того, планируется ли бесперебойно обеспечивать солнечной энергией полностью все приборы и оборудование в доме/квартире либо планируется обеспечение только определенных приборов, например, котлов, насосов, автоматики системы отопления, освещения в местах общего и наиболее частого использования. В первом случае потребитель может не ограничивать себя в комфорте, ведь система будет работать бесперебойно по полной программе. Но и стоить такое удовольствие будет значительно дороже. Во втором случае после определения приоритетности приборов можно добавлять солнечные батареи, исходя из возможностей, уже потраченных средств и полученной целесообразности. Еще важно определиться с типом батарей, площадью, которую они будут занимать, их мощностью. Зная все эти данные, можно приступать к расчетам.
- Вычисляем необходимую потребителю мощность приборов.
Для начала необходимо рассчитать точное количество приборов, которые нужно обеспечить электроэнергией с учетом энергопотребления каждого из них. Сюда могут входить бытовая техника (холодильник, телевизор, стиральная машина, микроволновка, утюг, электрочайник и другая мелкая бытовая техника), компьютерная техника, системы освещения, бойлеры, котлы, насосы, газонокосилки, снегоуборочная техника и т.п. Для этого либо анализируем и усредняем среднесуточные показатели электросчетчика, либо просто складываем все мощности приборов, которые будут работать при помощи солнечных батарей. Это можно сделать согласно инструкции на приборах или найти информацию по усредненным значениям техники в специальной литературе или интернете.
Если вы решили установить солнечные батареи, при подсчете мощности всех приборов обязательно нужно учесть потери, которые составляют примерно 20%. К примеру, если потребляемая суточная мощность приборов составляет 5 кВт/ч, то общее среднесуточное потребление с учетом потерь составит: 5 х 1,2 = 6 (кВт/ч). Такой запас энергии понадобится нам в сутки для бесперебойной работы всех приборов.
- Рассчитываем необходимую емкость аккумулятора солнечных панелей.
Это можно изобразить такой упрощенной формулой с условными обозначениями: Е = М/Н, где Е – емкость АКБ солнечных панелей, М – потребляемая приборами мощность, Н – напряжение сети. В нашем примере при напряжении 12В получим:
Е = 6кВт/12В = 500 (А/ч).
- Выясняем коэффициент инсоляции или месячный уровень радиации, который зависит от региона/города проживания. Это открытая информация, которую несложно найти в интернете и справочниках. К примеру, в Харькове среднегодовой коэффициент уровня радиации составляет 3,49 кВт/ч/м 2 , минимальное его значение в декабре – 0,93 кВт/ч/м 2 /день, а максимальное в июне – 5,89 кВт/ч/м 2 /день. А в Одессе среднегодовой показатель – 3,41 кВт/ч/м 2 , минимум в декабре – 0,87 кВт/ч/м 2 /день, максимум в июле – 6,39 кВт/ч/м 2 /день.
- Рассчитываем дневную производительность выбранной солнечной батареи.
Чтобы рассчитать, сколько солнечных батарей нужно для дома или квартиры, используем формулу: П = К х S x КПД, где П – производительность одной батареи, К – коэффициент инсоляции (уровня радиации), S – площадь одной батареи, КПД – эффективность батареи в процентах. Рассмотрим на практике. К примеру, для батареи мощностью 250 Вт, площадью 2 м 2 и с эффективностью (КПД) 15% мы получим:
Среднесуточная производительность, Харьков:
годовая: 3,49 кВт/ч/м 2 х 2м 2 х 0,15 = 1,047 кВт;
мах: 5,89 кВт/ч/м 2 х 2м 2 х 0,15 = 1,767 кВт;
мin: 0,93 кВт/ч/м 2 х 2м 2 х 0,15 = 0,279 кВт.
Среднесуточная производительность, Одесса:
годовая: 3,41 кВт/ч/м 2 х 2м 2 х 0,15 = 1,023 кВт;
мах: 6,39 кВт/ч/м 2 х 2м 2 х 0,15 = 1,917 кВт;
мin: 0,87 кВт/ч/м 2 х 2м 2 х 0,15 = 0,261 кВт.
- Рассчитываем необходимое количество солнечных панелей.
Это можно сделать по следующей формуле: С = М/П, С – необходимое количество солнечных панелей, М – потребляемая приборами мощность (ее мы уже определили выше), а П – производительность одной солнечной батареи.
В наших примерах получим:
Для Харькова:
мах: 6 кВт/ч / 1,767 кВт = 3 батареи
мin: 6 кВт/ч / 0, 279 кВт = 22 батареи
Для Одессы:
мах: 6 кВт/ч / 1,917 кВт = 3 батареи
мin: 6 кВт/ч / 0, 261 кВт = 23 батареи
Что еще учесть при расчете солнечных панелей
Значение коэффициента уровня радиации, на которое вы будете опираться при расчетах солнечных батарей для дома, влияет на их производительность. Например, если вы возьмете минимальное значение, то в основном вам постоянно будет хватать производимой энергии за исключением продолжительных периодов плохой/пасмурной погоды. Если вы будете отталкиваться от максимального показателя, то у вас наверняка будет перепроизводство и лишняя электроэнергия в некоторые месяцы в течение года.
Еще учитывайте, что приведенные выше алгоритмы – это приблизительный вариант, дающий в общих чертах понимание, как рассчитать солнечные панели для дома. При более детальных расчетах учитываются и другие уточняющие коэффициенты, угол наклона батарей, их месторасположение и пр. Кроме того, вы должны помнить, что рассчитанная мощность может вами корректироваться в зависимости от потребностей – если они вырастут, количество электроэнергии легко увеличить, добавив N-е количество солнечный батарей. Но только после соответствующих расчетов, которые предпочтительно уточнить у специалистов.
И еще один момент. На этапе подготовки к расчету солнечной установки, необходимо знать потребности в электроэнергии конкретного потребителя, технические нормы и требования законодательства, текущий проект дома, квартиры или объекта, где планируется установка гелиосистемы. Если вы планируете использовать генерируемую солнечными панелями энергию не только для собственных нужд домохозяйства/предприятия, но и для продажи излишков электроэнергии, учитывайте требования к солнечным установкам согласно Зеленому тарифу и договору с поставщиком электроэнергии (РЭС).
Видео
Расчет солнечных батарей
Солнечная энергетика является одним из наиболее перспективных направлений в развитии альтернативных источников энергии. Современные солнечные панели могут полностью обеспечить потребности частного дома в электричестве.
Кроме того, они отличаются довольно простым обслуживанием, длительным эксплуатационным сроком и абсолютно бесшумной работой. Далее более подробно рассматривается, как можно самостоятельно произвести расчет солнечных панелей.
Определение уровня потребления
Чтобы правильно рассчитать солнечные батареи, в первую очередь следует определить уровень потребления. Это можно сделать двумя способами:
- сверка с квитанциями по оплате за электричество;
- детальный расчет вручную.
Чтобы выполнить детальный расчет вручную, сначала нужно составить полный перечень всех электрических приборов, находящихся в доме, в том числе ламп освещения. Затем записать время работы и мощность каждого из них в течение суток. Умножив два этих показателя, можно определить расход электричества каждым из приборов (Вт/час). Сложив результаты, станет ясно, сколько электроэнергии потребляет домохозяйство за сутки. Умножение полученного результата на 30 дает месячный показатель расхода электроэнергии.
Мощность электрических приборов указывается в паспортах на них. Полученное в ходе расчетов значение не является окончательным. В него следует заложить расходы энергии на контроллер и инвертор, а также включить потери при зарядах-разрядах аккумуляторов и преобразовании постоянного тока в переменный. А также стоит учитывать пусковую мощность приборов.
Чаще всего к показателю потребляемости прибавляют еще примерно 40-50%. Как правило, полученную цифру выражают в кВт.
Учет уровня инсоляции
При расчете солнечных панелей следует учитывать инсоляцию. Она предполагает количество излучения, которое охватывает какую-либо определенную область Земли. Для каждого отдельного региона данный показатель индивидуален.
Стоит заметить, что в России лидером по показателю инсоляции считается Забайкальский край, а далее из субъектов РФ идут Амурская область, Хабаровский край, Республика Бурятия, Севастополь.
Значение мощности
Для правильного расчета солнечных панелей необходимо узнать мощность одной такой батареи. Если точно ещё не решено, какие именно панели будут приобретаться, то допустимо взять ориентировочное значение. В дальнейшем цифру можно будет немного скорректировать. Нужно помнить, что изготовители прописывают номинальную мощность батарей. Если, например, заявлено 300 Вт, значит, такое количество энергии можно получать в момент наибольшей солнечной активности, когда яркие лучи падают на панель под углом в 90 градусов.
Стоит заметить, что максимальная солнечная активность зависит от погодных условий в конкретном регионе, а также от времени года, поэтому данный показатель не может быть величиной постоянной. Другими словами, в разные времена года одни и те же солнечные батареи будут давать разное количество энергии. На этом этапе и понадобится уровень инсоляции.
Чтобы правильно определить, сколько же энергии можно получить от одной солнечной панели в конкретном регионе, нужно воспользоваться следующей простой формулой: мощность батареи = показатель инсоляции х пиковая мощность панели х 30 дней.
Номинальная мощность у разных типов солнечных батарей значительно отличается. Существует несколько основных разновидностей этих систем. Рассмотрим кратко их.
- Монокристаллические. В таких панелях каждая отдельная ячейка имеет вид тонкого поперечного среза кристалла кремния. КПД монокристаллических моделей составляет примерно 17-22%. Подобные конструкции могут прослужить не менее 25 лет.
- Поликристаллические. Каждая ячейка таких панелей производится из расплава кремния, который содержит в себе множество кристаллов, расположенных в одной плоскости. Поликристаллические модели имеют синий цвет. Их КПД меньше, чем у монокристаллических экземпляров. Он составляет примерно 12-18%. При этом срок службы у них такой же – не менее 25 лет.
- Аморфные. Эти солнечные батареи ещё называют пленочными. Они имеют вид тонких пленок, сделанных из аморфного кремния и напыленных на металлическую, пластмассовую либо стеклянную основу. Такие модели гораздо дешевле и проще в установке по сравнению с предыдущими вариантами. Кроме того, аморфные экземпляры нередко бывают гибкими, что также упрощает процесс монтажа. Их КПД составляет от 5 до 12%. Эксплуатационный срок подобных солнечных систем составляет 15-20 лет.
Если планируется установка солнечных батарей, следует заранее выбрать подходящую разновидность. При этом важно учитывать их КПД. Чем больше КПД, тем больше и мощность.
Как правильно рассчитать?
На заключительном этапе можно произвести расчет солнечных батарей для загородного дома. Для этого используют следующую формулу: количество панелей + потребляемая энергия за месяц / производимая энергия одной панели в месяц. Полученное число можно будет округлить. Однако после расчетов получится результат без учета пасмурных и холодных дней, поэтому в каждом случае надо прибавить некоторое количество батарей для уверенности. Это правило касается даже тех регионов, где теплый и мягкий климат.
Если рассматривать данный вопрос на примере дома площадью 100 кв. м, то для его отопления в среднем понадобится примерно 10 кВт. Такое количество энергии смогут обеспечить примерно 30-35 мощных солнечных батарей. Для загородного дома площадью 200 кв. м может потребоваться немного больше панелей. Но в любом случае их количество будет зависеть от потребляемой энергии и мощности самих солнечных элементов.
Нужно помнить, что результаты после таких расчетов по формуле могут различаться в зависимости от времени года. Ведь инсоляция в разные периоды способна значительно меняться. Можно сделать вывод, что в разное время года требуется различное количество солнечных батарей.
В зимние месяцы солнечного света гораздо меньше, чем летом, поэтому для организации надёжной автономной системы все расчеты следует делать, основываясь на минимальных показателях солнечной инсоляции, которые, как правило, устанавливаются в декабре и январе. Благодаря этому гарантированно можно обеспечить в своем доме автономное питание в течение всего года.
Стоит учитывать, что в некоторых районах зимой настолько низкая солнечная активность, что установка солнечных батарей может быть просто нецелесообразной. В таком случае чаще всего солнечной системой пользуются только в теплые сезоны года. В остальное время применяют другие источники энергии.
А также после всех расчетов необходимо определить, достаточно ли будет места на крыше для установки солнечных батарей, чтобы в течение года полностью покрывать все потребности в электроэнергии. Нередко бывают ситуации, когда нужно слишком много панелей, которые просто не могут поместиться на крыше здания. В таком случае можно воспользоваться дополнительными портативными солнечными элементами. Их допустимо вешать на окна и фасадные части. Главное, чтобы место установки было достаточно освещенным.
В настоящее время в специализированных магазинах покупатели могут приобрести целые наборы солнечных панелей для различных случаев. Как правило, подобные комплекты уже включают в себя оптимальное количество таких батарей для домов разной площади и различной потребляемой мощностью.
Если подобные наборы не подходят, тогда придется самостоятельно проводить все расчеты, подбирать подходящие модели панелей и собирать систему.
Солнечные панели все больше набирают популярность среди владельцев частных домов. Такие системы являются абсолютно экологичными, экономичными, легко монтируются. Солнечные батареи вполне способны полностью обеспечить загородный дом энергией.
Источник https://solarpanel.today/ru/how-to-calculate/
Источник https://stroy-podskazka.ru/solnechnye-batarei/raschet-solnechnyh/