Как рассчитать солнечные батареи для дома?
Для понимания, какое число солнечных батарей нужно и сколько мощности они будут вырабатывать надо знать, какое количество энергии необходимо для обеспечения всех потребителей, расположенных в здании.
Немного о комплектации
Для полноценной работы домашнего энергетического комплекса, необходимо использование следующего набора оборудования:
- аккумуляторов;
- контроллера;
- солнечных батарей;
- преобразователя (инвертора).
Расчет мощности солнечных батарей
Расчет солнечной батареи для дома необходимо начинать с подсчета потребности в электрической энергии. Это можно решить двумя способами. Можно проанализировать показания электросчетчика, а можно подсчитать сумму установленной мощности всех потребителей. В этот список входят:
- отопительное оборудование;
- холодильник;
- стиральная машина;
- освещение и пр.
Для удобства представляем таблицу усредненного расхода электричества по дому
| Потребитель | Мощность | Сезон | Продолжительность работы за сутки | Потребление за сутки | ||
| в среднем | максимум | В среднем | максимум | |||
| Основные регулярные потребители | ||||||
| Инвертор | 20 Вт | всегда | 24 часа | 1.73 МДж (0.48 кВт ч) | ||
| Контроллер заряда | 5 Вт | всегда | 24 часа | 0.43 МДж (0.12 кВт ч) | ||
| Освещение | 200 Вт | зима | 8 часов | 10 часов | 5.76 МДж (1.6 кВт-ч) | 7.2 МДж (2 кВт ч) |
| (одновременно 10 энергосберегающих памп по 20 Вт. аналогичных пампам накаливания по 100 Вт) | лето | 2 часа | 4 часа | 1.44 МДж (0.4 кВт ч) | 2.88 МДж (0.8 кВт-ч) | |
| Холодильник | 500 Вт | зима | 2 часа | 2.5 часа | 3.6 МДж (1 кВт ч) | 4.5 МДж (1.25 кВт-ч) |
| (работа компрессора) | пето | 2.5 часа | 3 часа | 4.5 МДж (1.25 кВт ч) | 5.4 МДж (1.5 кВт-ч) | |
| Насос вибрационный | 250 Вт | зима | 30 минут | 40 минут | 0.45 МДж (0.125 кВт ч) | 0.6 МДж (0.17 кВт ч) |
| лето | 2 часа | 3 часа | 1.8 МДж (0.5 кВт ч) | 2.7 МДж (0.75 кВт-ч) | ||
| Насос центробежный | 800 Вт | всегда | 15 мин | 30 мин | 0.72 МДж (0.2 кВт ч) | 1.44 МДж (0.4 кВт ч) |
| Стиральная машина (механическая стирка и отжим, но без нагрева воды) | 500 Вт | всегда | 1 час | 6 часов | 1.8 МДж (0.5 кВт ч) | 10.4 МДж (3 кВт ч) |
| Утюг (с учётом работы термостата) | 1500 Вт | всегда | 30 минут | 2 часа | 2.7 МДж (0.75 кВт ч) | 10.4 МДж (3 кВт ч) |
| Телевизор с видеопроигрывателем или видеомагнитофоном | 150 Вт | всегда | 2 часа | 4 часа | 1.08 МДж (0.3 кВт ч) | 2.16 МДж (0.6 кВт-ч) |
| Ноутбук | 100 Вт | всегда | 2 часа | 4 часа | 0.72 МДж (0.2 кВт ч) | 1.44 МДж (0.4 кВт ч) |
| ИТОГО | до 2.5 кВт максимум, обычно не более 1.5 кВт | зима | 19.5 МДж (5.5 кВт ч) | 41 МДж (11.5 кВт-ч) | ||
| лето | 15 МДж (4.5 кВт-ч) | 39.5 МДж (11 кВт-ч) | ||||
| Второстепенные регулярные потребители | ||||||
| Электрочайник | 2 кВт | всегда | 5 раз по 3 минуты | 20 раз по 3 минуты | 0.9 МДж (0.5 кВт ч) | 7.2 МДж (2 кВт ч) |
| Кухонный водонагреватель | 1.2 кВт | зима (с 5 С) |
2 часа (25 литров) |
5 часов (50 литров) |
9 МДж (2.5 кВт ч) | 19.5 МДж (5.5 кВт-ч) |
| нагрев воды до 70еС. нагреваемая порция не бопее 10 литров | пето (с 15С) | 1.5 часа (25 литров) | 3 часа (50 литров) | 5.5 МДж (1.5 кВт-ч) | 11.5 МДж (3.2 кВт-ч) | |
| Электробойлер горячего водоснабжения | 0.7/1.3/2.0 кВт | зима (с 5С) | 4 / 2 /1.25 часа (50 литров) | 12/6/4 часа (150 литров) | 9.5 МДж (2.5 кВт-ч) | 28 МДж (8 кВт ч) |
| нагрев воды для ванной и душа до 50еС, нагреваемая порция не более 100 литров | пето (с 15С) | 3/1.5/1 час (50 литров) | 10/5/3 часа (150 литров) | 7 МДж (2 кВт ч) | 21.5 МДж (6 кВт ч) | |
| ИТОГО | до 4 кВт максимум, обычно не более 2 кВт | зима | 20 МДж (5.5 кВт-ч) | 56 МДж (15.5 кВт-ч) | ||
| лето | 14.5 МДж (4 кВт-ч) | 41 МДж (11.5 кВт-ч) | ||||
| Нерегулярные потребители | ||||||
| Кухонные электроприборы (кухонный комбайн, мясорубка, миксер, соковыжималка и пр.) | до 2 кВт | всегда | 30 минут | 4 часа | до 1.8 МДж(1 кВт ч) | до 14.4 МДж (4 кВт ч) |
| Косметические электроприборы (электробритва, фен и пр.) | до 2 кВт | всегда | 5 минут | 30 минут | до 0.3 МДж (0.15 кВт-ч) | до 1.8 МДж(1 кВт-ч) |
| Пылесос | 1800 Вт | всегда | 30 минут | 2 часа | 3.5 МДж (0.9 кВт-ч) | 13 МДж (3.6 кВт-ч) |
| Электроинструмент (болгарка, дрель, лобзик, электропилы и пр.) |
до 2 кВт | всегда | 1 час | 4 часа | до 3.6 МДж (1 кВт ч) | до 14.4 МДж (4 кВт-ч) |
| Газонокосилка или триммер | 1500 Вт | пето | 1 час | 4 часа | 5.4 МДж (1.5 кВт-ч) | 18 МДж (5 кВт ч) |
| Снегоуборщик | 1500 Вт | зима | 1 час | 4 часа | 5.4 МДж (1.5 кВт-ч) | 18 МДж (5 кВт ч) |
| ИТОГО | до 2 кВт | |||||
Предположим, суммарное потребление составляет 100 кВт*ч за один месяц, то это значит, что солнечные панели должны вырабатывать именно столько электроэнергии.
Солнечные панели, установленные во дворе или на кровле, способны производить энергию только при наличии света. Максимальной (паспортной) мощности они достигают при безоблачном небосводе и попадании света на их поверхность под углом в 90 градусов. При других углах вырабатываемая энергия существенно сокращается. Более того, в облачную погоду, она может упасть в 15 — 20 раз. Все это необходимо знать, выполняя расчет солнечных батарей для частного дома.
Как правильно устанавливать солнечные батареи, схема
При выполнении расчета количества солнечных батарей для дома имеет смысл ориентироваться на рабочее время, именно в эти часы солнечные панели работают в полную мощность. В утреннее и вечернее время количество вырабатываемой энергии будет составлять от 20 до 30% установленной мощности, а остальное количество будет генерироваться в рабочее время.
Расчет мощности солнечных батарей для дома показывает — панель мощностью в 1 кВт в летний день, гарантированно будет вырабатывать 7 кВт в день или 210 кВт в месяц. Можно, конечно, добавить и то количество, которое будет вырабатываться в сумеречное время суток (утром и вечером), но лучше его считать запасом на случай изменения погодных условий. Кстати, если панели установлены на одном месте, то, разумеется, они не будут генерировать всю, указанную паспортную мощность. То есть, если домовладелец установить панели суммарной мощностью в 2 кВт, то в месяц она выработает приблизительно 420 кВт энергии. Также количество выработанных киловатт зависит от уровня инсоляции в вашем регионе.
Что необходимо учитывать при расчете солнечных панелей для дома
Как рассчитать мощность солнечных батарей для дома с учетом потерь? Конечно, иметь объем электроэнергии в 420 кВт в месяц совсем неплохо, но надо иметь в виду, что в нашей стране не бывает полностью солнечных месяцев. Наверняка окажется, что несколько дней будут пасмурными, то есть из полученной в итоге цифры можно смело вычеркивать эти дни. Соответственно, в распоряжении домовладельца будет не 420 кВт, а несколько меньше, к примеру, 360.
Кроме этого, необходимо понимать, что в межсезонье световой день меньше, да и пасмурных дней больше. То есть, если использовать энергию солнца с марта по октябрь, то имеет смысл увеличить число солнечных батарей на 30 — 50%, но это зависит от конкретного района. Про получение электроэнергии зимой, можно забыть из-за короткого светлого дня и большого количества облаков на небе.
Кроме всего, вышеизложенного необходимо учитывать потери, которые неизбежны в аккумуляторах и преобразователе.
Потери на аккумуляторных батареях и инверторе
Необходимое количество энергии в темное время суток должно быть достаточным чтобы его пережить. При потреблении3 кВт*ч, в аккумуляторах должно хранится именно такое количество энергии. Но, их недопустимо полностью разряжать, например, автомобильные батареи, можно опустошить на 50%. Можно рассчитать ориентировочный запас хранимой энергии — при суточном потреблении 10 кВт*ч, емкость АКБ должна равняться этой цифре.
Инверторы, которые являются неотъемлемой частью солнечной энергетической системы имеет КПД в 70 — 80%.
Таким образом, можно сделать вывод, что от использования АКБ, инвертора, контроллера, система будет терять от 40 до 50% вырабатываемой мощности. То есть, домовладелец должен будет увеличить количество панелей на эти теряемые проценты и эта цифра может изменить расчет стоимости солнечных батарей для частного дома.
Правила расчета количества солнечных батарей для дома
Для выполнения расчета мощности солнечной системы, можно использовать следующие правила:
- определить, что максимально эффективно солнечные панели работают всего часов в сутки;
- выполнить расчет энергопотребления, разделить полученный результат на 7 и появится потребная мощность солнечных панелей;
- добавить к полученному результату 40 — 50% процентов, для компенсации потерь от АКБ и инвертора.
Применение энергии получаемой от солнца дело благое, но использовать его как основной, наверное, не совсем целесообразно, особенно в наших климатических условиях.
Солнечные батареи для дома: схема оборудования, расчет стоимости комплекта
Глядя на океан энергии, льющейся с небес на землю, мы остаемся зависимыми от электросетей.
Если в городе поставка тока более-менее стабильна, то за его пределами жители регулярно становятся участниками «конца света».
Как обеспечить свой дом надежным источником электроэнергии и не лишить себя комфорта, невозможного без «направленного движения электронов»? Ответ достаточно прост в теории, но почти незнаком многим на практике.
Это солнечные батареи для частного дома они являются главным условием автономного существования.
Что представляют собой эти устройства, их виды, характеристики и эффективность применения мы рассмотрим в данной статье.
Виды солнечных батарей
Из школьного курса физики нам знаком фотоэлектрический эффект. Он возникает в полупроводниках под действием света. На этом принципе работают все солнечные батареи.
Не будем углубляться в теорию процесса, а отметим лишь самые важные практические моменты:
- Существует три вида солнечных батарей: монокристаллические и поликристаллические и панели из аморфного кремния (гибкие).
- Все они вырабатывают постоянный ток (напряжением 12 или 24 В).
- Срок службы данных устройств превышает 20 лет.
- Мощная батарея не может эффективно работать без дополнительного оборудования (контроллера, аккумулятора, инвертора).
Теперь пройдем подробно по каждому пункту. Монокристаллическая панель по сравнению с поликристаллической выдает более высокую мощность с единицы поверхности. При этом цена у нее существенно выше.
Производительность поликристаллической ячейки на 15-20% меньше, но зато при облачной погоде она снижается незначительно. У монокристалла, напротив, при рассеянном освещении резко уменьшается выработка электричества. Солнечная батарея из аморфного кремния дешевле поликристаллической, но срок ее службы в 2-3 раза меньше. Исходя из перечисленных фактов, выгоднее покупать поликристаллические панели.
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»;
- PWM;
- 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).
Структурная схема оборудования солнечной станции
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.
Сколько нужно солнечных батарей для дома и дачи?
Здесь все просто. Покупателю не нужно заниматься сложным расчетом мощности солнечной станции и подбирать для нее батареи. Эту работу уже проделали специалисты компаний, выпускающих и продающих данное оборудование.
Потребителю остается лишь выбрать из предложенного ряда готовый комплект, исходя из своих потребностей. В качестве примера рассмотрим несколько стандартных вариантов, которые представлены на сайтах продавцов (актуально на 2016 год).
Гелиостанция, построенная на одной панели мощностью 250 Ватт, рассчитана на энергоснабжение потребителей, перечисленных в таблице №1.
Таблица №1 Набор потребителей для солнечной станции мощностью 250 Ватт
Ее ориентировочная цена складывается из стоимости устройств, указанных в таблице №2.
Таблица №2 Стоимость оборудования для 250-ти ваттной станции
Солнечная станция мощностью 500 Ватт способна обеспечить электричеством набор бытовых приборов, указанный в таблице №3.
Таблица №3 Энергетический потенциал гелиостанции мощностью 500 Ватт
Ее ориентировочную стоимость (с разбивкой по видам и моделям оборудования) вы найдете в таблице №4.
Таблица №4
Гелиостанция на 1000 Ватт способна питать током не только экономные светодиодные лампочки, телевизор, ноутбук и спутниковую антенну. Одновременно с ними она «потянет» микроволновку, водяной насос или мощную электроплиту (таблица №5).
Таблица №5
Основа данной гелиостанции — 4 солнечные панели мощностью по 250 Ватт каждая. За весь комплект оборудования (без стоимости монтажа, соединительных муфт и кабеля) нужно заплатить сумму, указанную в таблице №6
Таблица №6 Ориентировочная стоимость оборудования гелиостанции мощностью в 1 КВт
Изучая представленные комплекты оборудования, нетрудно заметить, что стоимость инвертора сравнима с ценой солнечной батареи. Поэтому некоторые владельцы солнечных станций предпочитают обходиться без инверторного преобразователя. Они покупают для своего дома бытовые приборы, работающие от постоянного тока напряжением 12 Вольт. Помимо высокой цены инвертор при работе потребляет около 10% энергии, получаемой от солнечной батареи. Поэтому его исключение из цепочки оборудования дает неплохую экономию.
Особенности монтажа
Установка солнечных батарей – процесс технически несложный, но весьма ответственный. Площадь и вес мощных панелей достаточно большие, поэтому им требуется надежное крепление с помощью направляющих и специальных крепежных элементов. Кроме этого на крыше необходимо предусмотреть возможность легкого доступа к батареям для очистки от пыли и снега.
От величины угла, под которым солнечные лучи падают на фотоэлементы, напрямую зависит выработка энергии. Поэтому солнечные батареи не фиксируют в одном положении, а монтируют на поворотных устройствах.
Рекомендуемые углы наклона солнечных батарей
Существует два основных позиции гелиопанелей: летняя и зимняя. Меняя угол наклона, от солнечной станции получают максимальный КПД.
Характерные отзывы
Их можно разделить на две группы: отзывы тех, кто уже пользуется данными устройствами и мнения всех, кто только изучает вопрос автономного энергоснабжения.
Большинство владельцев солнечных станций довольны своим выбором. Оснастив ими свой загородный дом, они отмечают надежность, всесезонность и эффективность гелиопанелей. Размышляющие о покупке, высказывают сомнения в экономической целесообразности, опасаясь долгого срока окупаемости оборудования.
Мы выскажем свои соображения по данной теме. Принимая в расчет стабильный рост стоимости электроэнергии, получаемой из внешних сетей, использование гелиостанции нельзя назвать убыточным. Если же речь идет о районах, где энергоснабжение полностью отсутствует или характеризуется частыми отключениями, то гелиостанция — безальтернативный вариант.
Самостоятельная сборка
Попробовать свои силы в сфере солнечной энергетики домашних умельцев побуждают два фактора: стремление снизить стоимость гелиопенелей и новизна данной работы.
Экономия, получаемая при самостоятельной сборке, впечатляет. Комплект «сделай сам», состоящий из фотоячеек и монтажной токопроводящей ленты почти на 50% дешевле батареи, собранной на заводе. Купить его можно на российских торговых интернет-площадках или заказать прямую доставку из страны-производителя.
Ответов на вопрос как сделать солнечную батарею для дома своими руками во всемирной сети можно найти очень много. Кроме устного описания процесса, здесь можно найти толковые видеоролики, наглядно демонстрирующие основные его этапы.
Практические советы, которые содержатся в подобных руководствах, основаны на бесценном опыте проб и ошибок. Они помогают новичкам без серьезных финансовых потерь успешно выполнить данную работу.
Сборка солнечной батареи включает следующие этапы:
- последовательную пайку фотоячеек в единую энергоцепочку с помощью токопроводящей ленты;
- изготовление рамки корпуса со стеклом.
Самый ответственный момент – заливка фотоячеек прозрачным герметиком и их объединение с остекленной рамкой. Здесь существует отработанная технология, основой которой служит толстый лист поролона, предохраняющий хрупкие фотоэлементы от разрушения.
Знатоки ручной сборки рекомендуют не экономить на герметике. Если он положен слишком тонким слоем, то в батарею может проникнуть влага. Она разрушает гелиоячейки и токопроводящие дорожки.
Источник https://www.solar-battery.com.ua/kak-rasschitat-solnechnyie-batarei-dlya-doma/
Источник https://greensector.ru/inzhenernye-sistemy/solnechnye-batarei-dlya-doma-skhema-oborudovaniya-raschet-stoimosti-komplekta.html