Расчёт производительности солнечных батарей

Расчёт производительности солнечных батарей

Существует довольно простая методика позволяющая рассчитать количество электроэнергии, выдаваемое солнечной батареей. Результат этого расчета позволит получить среднее значение количества энергии вырабатываемой солнечной электростанцией за год.

Формула расчёта энергии генерируемой солнечными батареями

Чтобы произвести расчет солнечных батарей воспользуемся следующей формулой:

• I — интенсивность солнечного излучения, попадающее на поверхность Земли в горизонтальной плоскости. Значение можно выбрать, воспользовавшись картой интенсивности солнечной радиации за год:

• Ко — поправочный коэффициент пересчета суммарного потока солнечной энергии с горизонтальной плоскости на наклонную поверхность солнечных батарей. Данные можно взять и следующей таблицы:

• Vмодуля – номинальная мощность солнечной батареи или цепи солнечных модулей. Указывается в паспортных данных, кВт;
• Кпот – коэффициент, учитывающий потери солнечной батареи при преобразовании и передаче электроэнергии;
• Uиспыт — интенсивность солнечной радиации, при которой фотоэлектрические панели тестируются (условия STC), то есть 1000 Вт/м2.

Потери энергии в солнечной электростанции

Общие потери энергии при преобразовании солнечного излучения в фотоэлектрической системе включают в себя :

• потери в проводах – 1%
• потери в инверторе – 3-5%
• потери связанные с ростом температуры фотоэлементов — 2-5%
• потери в процессе работы солнечной батареи в период низкого уровня солнечного излучения — 1-3%
• потери связанные с затенением и загрязнением солнечных батарей – 1-3% (в случае неоптимального ориентирования эти потери могут быть значительно выше)
• потери шунтирующих диодов – 0,5%

При оптимальной компоновке оборудования эффективность солнечной системы в 90% считается очень хорошей. На практике возможны случаи, когда общие потери могут достигать значения 20-30 % из-за плохого качества оборудования или неправильного подбора компонентов системы и других факторов.

Пример расчёта производительности солнечных батарей

Для примера произведем расчет солнечной фотоэлектрической станции со следующими параметрами:

• Общая номинальная мощность солнечных батарей – 10 кВт;
• Регион – Киев;
• Угол ската кровли 45º и отклонение от южного направления 25º;
• Общие потери принимаем равные 10%.

Воспользовавшись данными из карты солнечной интенсивности выбираем значение 1000 кВт·ч/(м²·год) соответствующее 4-й зоне. Поправочный коэффициент пересчета суммарного потока солнечной энергии будет равен 1,10.

Подставив значение, получаем:

Е = 1 000 [кВт·ч/(м²·год)] × 1,1 × 10 [кВт] × 0,9 / 1 [кВт·ч/м²] = 9 900 [кВт·ч/год]

Данный расчет солнечных батарей позволяет приблизительно оценить среднее количество энергии которое выработает фотоэлектрическая станция за год.

Сергей Маринец

Автор — инженер по возобновляемым источникам энергии

Похожие записи

Гелиосистема или солнечная электростанция: что лучше для нагрева воды?

Подключение солнечных панелей в один массив

Солнечные коллекторы для нагрева воды

Зеленый тариф в Украине в 2021 году

15 комментариев

Виталий :
Шикарно просто и понятно
Максим :

День добрый в формуле указан к потерь если его брать от 10 кВт станции то не получается 0.83. И по этой формуле считается на одну панель по идее не на всю систему 10 кВт, вы же взяли интенсивность на 1м2 а посчитали как для панелей на 10 кВт?

solarsoul :

Добрый день, для примера мы взяли 17% общих потерь, поэтому коэффициент будет равен 1- 0,17 = 0,83. Этот к-т учитывает все имеющиеся потери на солнечной станции. Эта формула как раз учитывает общую мощность солнечных батарей, а мощность солнечной интенсивности на 1 м кв. Т.е. если у вас будет 50 панелей с номинальной мощность по 200 Вт каждая, то мы и получим 10 000 Вт = 10 Квт, общей номинальной мощности, при этом площадь одной отдельно взятой батареи нас не интересует, т.к. все расчеты сведены к 1 м кв.

Добрый день! Эта формула не верна. Если у нас интенсивность солнечного излучения равна 1250, поправочный коэффициент 1.1, номинальная мощность 10кВт, КПД 0.85 и делим мы это все на единицу. Мы получаем мощность, равную 11,4125кВт, что больше номинальной мощности батареи 10кВт.
Если я всё правильно понимаю, то этот показатель должен быть меньше паспортных данных батареи. Так как здесь учитываются потери, угол наклона.
Меня смущает таблица. Кто может, объясните, почему при наклоне батареи на 0 градусов и азимуте 0 градусов у нас коэффициент 1?

Сергей Маринец :

Формула верна! В формуле значение 1250 кВт*ч/(м2*год) — соответствует годовой солнечной энергии поступающей на метр квадратный горизонтальной площади поверхности Земли, а не мгновенной мощности. А вы пересчитываете на мгновенную мощность. И да, если бы фактическая мощность солнечного излучения была больше испытуемой (например в горах такое бывает) то действительно мощность панели может быть выше номинала в некоторые часы светового дня.
Значение поступаемой энергии указано для горизонтальной поверхности, поэтому, при расположении модуля горизонтально (при этом ориентир модуля по югу не имеет значения), мы имеет к-т = 1, если же мы приподнимаем модуль, то имеем небольшую прибавку к выработке, т.к. солнце в течении дня светит под углом большую часть времени, однако «задирая» модули еще выше мы уже хуже используем солнечный свет, что и учитывает таблица. Таблица имеет укрупнённые значения, в программах моделирования используются более сложные алгоритмы поправочных коэффициентов, но при этом суть не меняется.

Как посчитать отклонение от южного направления?

Сергей Маринец :

Расчета как такового нет. Для этого можно воспользоваться гугл или яндекс картами или компасом непосредственно на месте монтажа.

А яке джерело Ви використовували для даної формули?

Сергей Маринец :

Книга, від наших сусідів: PORADNIK „INSTALACJE FOTOWOLTAICZNE” VIII

Эта формула без учета солнечных часов в году?Если я хочу посчитать, сколько солнечная панель выработает за год с учетом солнечных часов в году мне стоит ответ(к примеру 9000кВт*ч/год) умножить на количество солнечных часов к примеру на 1000 и разделить на 8760(всего часов в году), я верно понимаю?

Сергей Маринец :

Не совсем так. В этой формуле уже учтено суммарное количество солнечной энергии падающее на 1 м2 площади горизонтальной поверхности.

Иван Скалкин :

Добрый день.
В Интернете много разных вариантов подсчета производительности солнечных батарей, но откуда авторы берут информацию — не понятно. Есть первоисточники, к которым можно обратиться — мне для учёбы нужно.
Спасибо.

Сергей Маринец :

Данная формула очень проста, и даёт достаточно укрупнённый результат расчёта. Можете ссылаться на эту статью.

Даниил :
Как понять, что значит левая колонка в таблице?

Сергей Маринец :

Это угол наклона солнечной панели. 0 — панель горизонтально поверхности Земли, 90 — вертикально.

Добавить комментарий Отменить ответ

Контакт

Записи

• Солнечные панели: сферы применения, преимущества и недостатки
• 5 физических явлений объясняющие принцип работы теплового насоса
• Гелиосистема или солнечная электростанция: что лучше для нагрева воды?
• Подключение солнечных панелей в один массив
• Солнечные коллекторы для нагрева воды

О сайте

SolarSoul.net — это интернет-ресурс об энергосберегающих технологиях. Просто и понятно о солнечной энергетике, тепловых насосах и других возобновляемых источниках энергии….

База знаний

Компетенции

• Гелиосистемы
• Cолнечные электростанции
• Акумулятори для сонячних панелей

Как произвести расчет солнечных панелей

Солнечные батареи целесообразно использовать тогда, когда производимый ими электрический ток перекрывает как минимум 50% потребности дома в электрической энергии. Идеально, если они полностью обеспечивают дом бесплатным электрическим током. Для того, чтобы они могли выполнять любую из этих целей, нужно рассчитать реальную мощность солнечной батареи и на основе этой цифры определить, сколько панелей надо установить на крыше дома, а также какой будет срок их окупаемости.

Формула расчета реальной мощности панели

Мощность солнечной панели напрямую зависит от солнечного освещения. Чем больше лучей падает на батарею, тем больше тока она производит. И наоборот.

Производители указывают номинальную мощность, исходя из того, что на 1 кв. метр светочувствительных элементов падает 1 000 Вт солнечной энергии. На такую цифру стоит ориентироваться только тогда, когда в месте расположения частного дома, наблюдается такая же солнечная активность.

Реальную мощность солнечной панели можно рассчитать по формуле: E = I x x Ko x Kпот., где

• Е является реальной мощностью батареи (измеряется в кВт*ч);
• I представляет собой количество солнечное энергии, которое падает на крышу дома. Его измеряют в кВт*ч/м²;
• V является номинальной мощностью одной солнечной батареи (измеряется в Вт);
• U представляет собой величину солнечной радиации, на которую производитель ориентировался при расчете номинальной мощности. Эта величина постоянная и равна 1 000 Вт/м² или 1 кВт/м²;
• Ко представляет собой поправочный коэффициент количества солнечной энергии, падающей на панель. Он зависит от угла наклона батареи и угла ее отклонения от южного направления;
• Кпот. является коэффициентом, который характеризует, сколько электрической энергии теряется во всей системе автономного электроснабжения.

Читайте также: Монтаж солнечных батарей

Особенности используемых в формуле показателей

Величина солнечной энергии, падающей на крышу и стены дома в определенном регионе, может измеряться для разных промежутков времени. Метеорологи 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 кв. м. падает 5 кВт солнечной энергии.

В вышеуказанную формулу можно подставлять любой показатель. Если подставляется годовая солнечная энергия, то результатом расчета будет такое количество электроэнергии, сколько панель производит за 1 год. Так же с показателями других промежутков времени. Наиболее целесообразно высчитывать месячную выработку электрической энергии. Интенсивность освещения в каждом месяце различна, и для выработки, например, 10 кВт электричества, надо использовать разное количество панелей, а также подключать соответствующее число аккумуляторов.

Выражение включает в себя 2 показателя, но 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%. Для применения в формуле выражение на 100 умножать не надо. В ней следует использовать число 0,1604.

Второе выражение не используют потому, что результатом будет мощность 1 кв. метра панели. 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.

Читайте также: Особенности фонтанов на солнечных батареях

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.

Определение потерь электроэнергии в домашней системе

Величину этих потерь учитывает Кпот. Эти потери могут быть в:

1. Проводах. Величина составляет 1%.
2. Инверторе. Составляют от 3 до 7%.
3. Шунтирующих диодах (0,5%).
4. Самой батарее при очень малом солнечном излучении (1-3%).

Также потери электроэнергии могут возникать из-за сильного нагрева модуля (составляют 4-8%) и из-за наличия грязи на солнечных панелях или их потемнений (1-3%).

Автономная электрическая система для дома считается оптимальной, если общие потери не превышают 15%. Тогда срок окупаемости сокращается, а также аккумуляторы накапливают больше тока. Кпот составляет 0,85. Однако плохое качество оборудования или неграмотный выбор комплектующих может привести к 30-% потерям. Кпот уже составит 0,7.

Пример расчета мощности солнечной панели

Он будет проводиться для вышеупомянутой батареи. Она будет монтироваться в регионе, расположенном на 50° северной широты. Угол наклона панели равен 50°, отклонение от южного направления нулевое. Потери электроэнергии в системе составляют 20%.

Значения используемых показателей являются такими:

• I = 1 000 кВт*ч/(м²*год);
• V = 0,32 кВт;
• U = 1 кВт/м²;
• Ко = 1,11;
• Кпот. = 0,8.

Тогда Е = 1 000 * 0,32 / 1 * 1,11 * 0,8 = 284,16 *ч/год. Это означает, что одна панель может выработать 284,16 кВт*ч за один год.

Мощность за месяц июнь составит 5,25 * 30 * 0,32 / 1 * 1,11 * 0,8 = 44,75 кВт*ч/мес., а за месяц декабрь — 0,86 * 31 * 0,32 / 1 * 1,11 * 0,8 = 7,57 кВт*ч/мес.

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 жителя дома используют 300 кВт*ч. Чтобы полностью обеспечить себя электрической энергией, нужно иметь 300*12/284,16 = 12,66 панелей SolarWorld 2015. Конечную цифру округляют в большую сторону. Поэтому покупать надо 13 панелей.

Для июня хватит 300/44,75 = 6,7 батарей, а в декабре нужно использовать 300/7,57 = 39 панелей.

Источник https://solarsoul.net/raschet-solnechnoj-batarei

Источник https://poluchi-teplo.ru/soln/kak-proizvesti-raschet-solnechnyih-paneley.html