Расчет солнечной батареи: Калькулятор солнечных батарей — расчет выработки энергии

Содержание

Расчёт энергоотдачи солнечной электростанции

Расчёт средней ежедневной выработки электроэнергии необходим для наиболее правильного подбора солнечной электростанции. Существует статистика поступления солнечной энергии на единицу поверхности Земли для каждого района наблюдения. Наблюдение за уровнем облачности и солнечной активности осуществляется с помощью метеорологических спутников. В автоматических расчётах на сайте компании «Солнечная Энергоимперия» применяется статистика NASA – американского национального управления по воздухоплаванию, аэронавтике и исследованию космического пространства. Статистика получена в результате десятков лет наблюдений из космоса и является усреднённой. Поэтому, в отдельно взятый год наблюдения, среднегодовое и среднемесячное поступление энергии может несколько отличаться от представленных данных.

На основании данных о среднемесячном поступлении солнечной энергии на квадратный метр земной поверхности можно произвести расчёт ожидаемой выработки электроэнергии солнечными фотоэлектрическими (ФЭ) модулями, установленными в различных районах Земли. Количество поступающей солнечной энергии указывается в киловатт-часах на квадратный метр в день (кВт•ч/м2/день).

Данные для г. Москвы по поступлению солнечной энергии на поверхность, расположенную под углом 41° к горизонту («летний» угол установки ФЭ модулей) и направленную строго на Юг, кВт•ч/м2/день:

1.512.553.784.345.124.975.004.573.222.201.471.08
ЯнварьФевральМартАпрельМайИюньИюльАвгустСентябрьОктябрьНоябрьДекабрь

Данные для г. Москвы по поступлению солнечной энергии на поверхность, расположенную под углом 71° к горизонту («зимний» угол установки ФЭ модулей) и направленную строго на Юг,

кВт•ч/м2/день:

1.722.713.673.794.183.954.003.862.972.241.621.26
ЯнварьФевральМартАпрельМайИюньИюльАвгустСентябрьОктябрьНоябрьДекабрь

Исходя из этих данных, можно произвести расчёт среднемесячной ежедневной выработки электроэнергии солнечной батареей (ФЭ модулями). Например, мы располагаем четырьмя солнечными модулями номинальной мощностью 250 Ватт. В сумме, наша солнечная батарея обладает номинальной мощностью 1000 Ватт. Производитель указывает номинальную паспортную мощность модулей при уровне освещённости 1000 Вт/м2. Если за сутки, в июле, в среднем, на квадратный метр поверхности Земли поступает 5 кВт•ч энергии солнечного излучения (с самой различной мощностью в течение дня), значит, для удобства расчёта можно представить, что на поверхность поступало энергии при 1000 Вт мощности в течение 5 часов. Если помножим 1000 Вт на 5 часов, то получим 5000 Вт•ч, то есть 5 кВт•ч (5 киловатт-часов энергии).

С учётом того, что производитель проверяет ФЭ модули при освещённости 1000 Вт/м2, можно сделать вывод, что наша солнечная батарея проработает в июле с её номинальной указанной мощностью в течение 5 часов (приблизительно) и выработает 5 кВт•ч электроэнергии. При этом делается допущение, что батарея в течение всего светового дня выдаёт электрическую мощность прямо пропорционально уровню солнечного излучения. Именно по такому принципу производится расчёт средней выработки электроэнергии солнечной батареей ежедневно, в течение отдельно взятого месяца.

При расчётах не нужно учитывать КПД применённых при изготовлении солнечного модуля солнечных элементов, и высчитывать эффективность квадратного метра самой солнечной панели. КПД солнечных элементов влияет только на итоговую площадь получившегося солнечного модуля. Чем выше КПД солнечных элементов, тем меньшим по размеру получается сам солнечный модуль той же мощности. А при одинаковых размерах ФЭ модулей с разным КПД, мощность модуля с более высоким КПД окажется несколько выше, но, зачастую, не более чем на 10%.

После того, как мы выяснили, сколько электроэнергии выработает, в среднем, наша солнечная батарея, расположенная в определённом регионе при определённом угле наклона к горизонту и ориентации по сторонам света, нам необходимо посчитать, какой частью из ожидаемого количества электроэнергии мы сможем действительно воспользоваться!

При этом рассмотрим две солнечных электростанции, с установленными солнечными модулями суммарной мощностью 1000 Ватт. Допустим, что станции отличаются лишь видом применённых в них контроллеров. В первой электростанции у нас будет PWM (ШИМ) контроллер, во второй — контроллер с функцией MPPT, с указанным максимальным КПД 98%.

В обеих станциях применены одинаковые аккумуляторные батареи (АКБ) с потерями при их зарядке и разрядке порядка 20%. В качестве инвертора возьмём эффективный российский инвертор (производства СибКонтакт), работающий с максимальным КПД 92%.

Электрическая энергия от солнечных ФЭ модулей вначале поступает в контроллер заряда, который передаёт эту энергию дальше — на АКБ. Электроэнергия, таким образом, «запасается» в АКБ. Чтобы воспользоваться данной энергией, нужен инвертор, который может преобразовать постоянное напряжение от АКБ в переменное напряжение 220 Вольт — для питания электроприборов. Не станем учитывать то, что поступление энергии от солнечной батареи и питание нагрузки могут совпадать по времени (что улучшит КПД работы всей системы), чтобы произвести расчёт объективно.

Теперь рассчитаем, приблизительно, количество той энергии, которым мы сможем воспользоваться для питания электроприборов. Представим, что станция установлена в Московской области, эксплуатируется в июле, мощность солнечной батареи 1000 Ватт, угол наклона ФЭ модулей к горизонту 41°, ориентация ФЭ модулей южная. При такой установке солнечная батарея способна выработать в «средний» июльский день 5 кВт•ч электроэнергии.

Примем средний КПД работы контроллера заряда равным 90%, а средний КПД инвертора 80%. Это необходимо из-за того, что КПД работы контроллера и инвертора, в среднем, всегда будут ниже, чем указанные производителями максимальные значения КПД.

Помножим КПД зарядки и разрядки АКБ на КПД контроллера заряда и на КПД инвертора:

0,8 * 0,9 * 0,8 = 0,576. Получили расчётный коэффициент для электростанции с MPPT контроллером.

Две рассмотренные электростанции отличаются видом применённых в них контроллеров. Статистика показывает, что контроллер с функцией MPPT работает со средней эффективностью, примерно на 20% превышающей эффективность ШИМ контроллеров.

0,576 * 0,83 ≈ 0,478. Получили расчётный коэффициент для электростанции с ШИМ контроллером.

Мы получили среднюю эффективность использования электроэнергии, вырабатываемой ФЭ модулями. Теперь рассчитаем количество энергии, которое мы можем непосредственно направить на питание электроприборов. Умножим среднемесячную ежедневную выработку энергии ФЭ модулями на полученные величины:

5 кВт•ч * 0,576 = 2,88 кВт•ч. Это и есть то количество энергии, которым можно воспользоваться в Московской области, при эксплуатации электростанции в июле, с установленной мощностью солнечной батареи 1000 Ватт, при наилучшем «летнем» (41°) угле наклона и южной ориентации ФЭ модулей, при использовании MPPT контроллера заряда.

5 кВт•ч * 0,478 = 2,39 кВт•ч. Это расчётное количество энергии при тех же условиях, для такой же электростанции, но с ШИМ контроллером заряда.

Обратите внимание, что на сайтах некоторых организаций, предлагающих продажу и установку солнечных электростанций, максимальное количество энергии, которое можно использовать для питания электроприборов, просто указано в виде произведения установленной мощности ФЭ модулей на 8 часов в день. То есть, Вам обещают до 8 кВт•ч в день с каждой 1000 Вт модулей, да ещё с ранней весны до поздней осени! Данное утверждение может ввести Вас в заблуждение!

Мы же произведём наиболее честный подсчёт, для примера показав среднее количество энергии, которым Вы, теоретически, можете пользоваться ежедневно в Московском регионе в течение 12 месяцев в году — при рекомендуемом «зимнем» (71°) угле наклона и южной ориентации ФЭ модулей.

Для электростанции с ФЭ модулями мощностью 1000 Ватт и MPPT контроллером заряда получим следующие значения с учётом потерь (при расчётном коэффициенте 0,576), кВт•ч в день:

0,991,562,112,182,412,282,302,221,711,290,930,73
ЯнварьФевральМартАпрельМайИюньИюльАвгустСентябрьОктябрьНоябрьДекабрь

Для электростанции с ФЭ модулями мощностью 1000 Ватт и ШИМ контроллером заряда получим следующие значения с учётом потерь (при расчётном коэффициенте 0,478), кВт•ч в день:

0,821,301,751,81
2,001,891,911,851,421,070,770,60
ЯнварьФевральМартАпрельМайИюньИюльАвгустСентябрьОктябрьНоябрьДекабрь

Среднегодовое значение количества потенциально полезной энергии для питания приборов электростанцией с модулями мощностью 1000 Вт и MPPT контроллером составит 1,73 кВт•ч в день.

Среднегодовое значение количества потенциально полезной энергии для питания приборов электростанцией с модулями мощностью 1000 Вт и ШИМ контроллером составит 1,43 кВт•ч в день.

На сайте Вы можете произвести расчёт эффективности работы станций в любом регионе России.

Следует учесть, что данный расчёт не учитывает «температурный коэффициент», который влияет на мощность ФЭ модулей (температура ФЭ модулей при расчётах принята равной +25°C). В зимнее время, например, мощность ФЭ модулей может существенно возрасти из-за снижения температуры окружающего воздуха. При 0°C мощность может возрасти на 11%, при -40°C — на 30%. Оценить примерную степень увеличения мощности работы ФЭ модулей зимой Вы сможете, изучив данные по среднемесячным температурам в Вашем регионе. Температурный коэффициент при расчётах можно принять равным -0.47% на каждый градус разницы между текущей температурой и номинальной температурой (+25°C). Если разница получается «отрицательная», то процент изменения мощности будет «положительным». То есть, при повышении температуры ФЭ модулей, их мощность уменьшается. А при снижении температуры, мощность модулей увеличивается.

Из-за существенного влияния температуры ФЭ модулей на эффективность их работы, не рекомендуется устанавливать модули вплотную к плоской поверхности крыши или другой опорной плоскости. Рекомендуется оставлять вентиляционный зазор. Многие установщики пренебрегают данным правилом, в результате чего ФЭ модули сильно перегреваются под воздействием прямых солнечных лучей в жаркие летние дни. Это приводит не только к снижению мощности работы ФЭ модулей, но и к сокращению срока их службы.

Расчет мощности солнечных батарей для дома

Если вы решили сэкономить на расходах электроэнергии и установить собственную солнечную электростанцию в доме или на даче, тогда необходимо начать с расчетов показателей как потребления энергии, так и мощности солнечных панелей. Это самый важный и трудоемкий процесс, который станет залогом правильной работы солнечной системы и выработки нужного количества тока для обеспечения всех потребностей. Кроме того, рассчитанные показатели смогут послужить основой для увеличения эффективности или экономии энергии.

Содержание статьи

Показатель мощности солнечной батареи

Если посмотреть описание разных моделей солнечных батарей, то можно обратить внимание, что показателем измерения выступает номинальная мощность (Вт). Этот показатель и будет служить главным критерием для оценки мощности солнечной батареи. Номинальная мощность указывается из расчета, что на 1 кв. метр панели будет поступать 1 кВт солнечной энергии. То есть вы сможете рассчитывать на такой показатель мощности батареи, если в месте, где расположена солнечная система, температура не менее 25 градусов, ориентация модулей на юг с учетом угла наклона и отсутствует затемнение.

Зачем нужен расчет мощности солнечных батарей

Сегодня на рынке представлено огромное количество солнечных батарей, они отличаются не только производителем и ценой, но и своими техническими характеристиками. Мощность – это главный показатель, от которого необходимо отталкиваться, если вы хотите получить выгоду от установки солнечной системы. Важно понимать, что неправильно произведенный расчет или и вовсе отсутствие каких-либо анализов по планируемой мощности могут привести к неудовлетворению ваших электрических потребностей в доме, тогда придется использовать дополнительное питание от сети либо ограничивать себя в электроприборах. В итоге сложная задумка с солнечными батареями теряет весь смысл.

Порядок расчета

Чтобы рассчитать необходимую мощность батареи, которая покроет ваши затраты электроэнергии, нужно провести ряд действий, основанных на точных расчетах.

Определение потребляемой энергии

Начинать надо в первую очередь с расчета необходимой энергии для обеспечения вашего дома. Сделать это можно двумя способами: первый – посмотреть на счетчике, сколько электроэнергии вы расходуете за месяц или в сутки, а второй – сделать более детальный расчет. Чтобы произвести второй вариант расчета, нужно взять бумагу с ручкой и составить список всех электроприборов, которые имеются у вас в доме. Количество потребляемой энергии каждым устройством нужно умножить на количество часов работы, а после все полученные показатели сложить и получить общий расход, который должны покрывать солнечные батареи.

Ниже приведены приблизительные значения самых часто используемых электроприборов в любом доме.

ЭлектроприборВаттСколько часов работы в суткиВт/час
Холодильник250246000
Компьютер1004400
Стиральная машина5001500
Электрочайник10000.3300
Телевизор1506900
Радиоприемник428
Экономлампа 1206120
Экономлампа 215460
Экономлампа 310220

Если вы не знаете потребление электроэнергии того или иного прибора, то для точности расчетов лучше посмотреть это значение в технической документации или на сайте производителя.

Просуммировав последнюю колонку в таблице, вы сможете посчитать суточный расход электроэнергии. Однако здесь не все так просто. Это не будет конечная цифра для выбора мощности солнечной батареи и их количества. Дополнительно нужно будет прибавить около 30% потребляемой энергии на обслуживание обязательных устройств для работы солнечной системы – аккумулятора и инвертора. Кроме того, солнечными батареями генерируется постоянный ток, который впоследствии при помощи инвертора перерабатывается на переменный с повышением напряжения для обслуживания дома (220В), где еще теряется около 20%. И еще нужно прибавить около 10%, которые пойдут на пусковую мощность электроприборов. Так как при запуске техника первые несколько минут потребляет в 3, а то и в 5 раз больше заявленной энергии.

Уровень инсоляции

Суть солнечных батарей заключается в выработке энергии за счет воздействия лучей солнца на фотоэлементы со специальным составом. Чем больше солнечная радиация, тем выше производительность панелей. Максимальная эффективность зафиксирована при попадании лучей на поверхность пластин под углом 90 градусов, то есть перпендикулярно. Соответственно ночью энергия не вырабатывается, а используется та, которая накопилась в аккумуляторе за дневное время. Поэтому очень важно правильно установить солнечную панель и рассчитать ее работоспособность в зависимости от климата того или иного региона.

Во время пасмурной погоды, а также захода солнца, уровень выработки энергии солнечной системы падает на 20-30%.

Уровень солнечной инсоляции – это еще один немаловажный показатель, который необходимо учитывать при определении мощности солнечной батареи. В каждом регионе он разный и дает четкое понятие, сколько количества солнечного тепла приходится на единицу площади панели. Если вы проживаете в регионе с небольшим уровнем инсоляции, тогда вам нужно будет приобретать либо более мощное устройство, либо в большем количестве для полного обеспечения дома электроэнергией. Рассчитывать самостоятельно показатель инсоляции не нужно. Его значение представлено в специальных справочниках, которые можно найти без проблем в интернете. Подобная информация также представлена на метеорологических сайтах. Указанная информация может быть представлена как за год, так и отдельно по месяцам (для крупных городов).

Выбор мощности панелей

В зависимости от рассчитанного количества потребляемой энергии количество солнечных батарей может быть разным. Также следует учитывать, какие задачи возложены на батарею – полная продуктивность или использование ее в качестве дополнительного источника питания, если в вашем доме часто бывают перебои. Если вы хотите покрыть все электрорасходы в доме, тогда придется хорошо потратиться и приобретать устройства с высокой мощностью и продуктивностью.

Мощность панели напрямую будет зависеть от количества потребляемой энергии как электроприборами в доме, так и техническими устройствами, которые являются обязательными для работы солнечной станции. Здесь нельзя не учесть и количество солнечных дней в месяце, уровень инсоляции, частоту смены угла наклона. Максимальная производительность панели наблюдается не более 7 часов в сутки и то при условии, что небо чистое, а ночью и вовсе не будет никакой выработки, соответственно, при соотнесении расходуемой энергии с мощностью батареи нельзя приравнивать эти два показателя. Мощность должна быть на 30-40% больше.

Для примера можно взять батарею с указанной мощностью в 1кВт. Это значение нужно умножить на количество часов работы панели с максимальной производительностью, приплюсовать дополнительные расходы на снабжение инвертора и аккумулятора, а также то время в сутках, когда солнечный свет отсутствует. В результате вы сможете получить выработку одной батареи. Если показатель слишком маленький, тогда нужно присмотреться к батареям с более высокой мощностью, однако и цена их будет выше.

Расчет мощности солнечных батарей

Расчет количества панелей

Итак, мы определились, что мощность панелей измеряется в Вт. Чтобы произвести расчет, нам понадобятся все ранее полученные значения, а именно:

  • Количество потребляемой электроэнергии.
  • Уровень инсоляции в вашем регионе.
  • Мощность одной батареи.

Формула для расчета выглядит следующим образом:

W = k*Pw*E/1000, где

к – фиксированное значение/коэффициент 0,5 в летний период и 0,7 в зимний.

Рw – мощность.

Е – значение инсоляции за выбранный период.

Итак, представим, что вы просчитали суточное потребление энергии, которое равно 5600 Вт. Скорректируем это значение на 30% с учетом потребностей инвертора, аккумулятора и преобразования энергии. В результате получается 5600*1,3=7280Вт, можно округлить до 7300 Вт. Теперь посмотрим показатель солнечной радиации для конкретного города, например, он равняется 0,79 для зимы и 4,5 для лета. Стандартная мощность составляет 260Вт.

W зимой = 0,7*260*0,79=143Втч.

W летом = 0,5*260*4,5=585Втч.

Теперь делим общую потребность в электроэнергии на выработку солнечной батареи. Зимой, чтобы обеспечить весь дом электричеством, понадобится примерно 51 панель, а летом 13 штук мощностью в 260Вт и напряжением 24В. Так как полученное значение достаточно велико и для размещения 50 панелей понадобится большая площадь, целесообразнее купить панели с более высоким напряжением и мощностью.

Как увеличить эффективность работы солнечных батарей

Первый шаг, который пытается сделать любой владелец солнечных батарей с целью увеличить эффективность выработки электроэнергии – это заменить обычные электроприборы на экономные. Но, перед тем как это сделать, ознакомьтесь с основными рекомендациями специалистов, которые помогут повысить КПД батареи.

  • Следите, чтобы не происходило затемнения солнечного оборудования.
  • Придерживайтесь правил монтажа, от которых зависит производительность солнечных батарей.
  • Очищайте панели от грязи, пыли и наледи.
  • Старайтесь регулярно менять угол наклона панелей, чтобы солнечные лучи попадали перпендикулярно, в зависимости от месяца и времени года.
  • Используйте электроприборы классов А, А++, А+++.
  • Выбирайте правильные крепления для солнечных батарей.

Выполнять все предложенные рекомендации необходимо в комплексе. Если, к примеру, вы будете регулярно менять угол наклона панелей, но при этом забываете их очищать от грязи, то результат от ваших действий не появится. Солнечные батареи прослужат вам долго и бесперебойно при соблюдении правил эксплуатации, которые рекомендованы производителем. Если у вас возникли сложности при расчете, то вы всегда можете обратиться за помощью к специалисту по данным вопросам.

Онлайн калькулятор солнечных батарей, расчёт выработки солнечной станции

1. Выбор региона
Сперва Вам необходимо выбрать на карте регион размещения солнечной электростанции.

2. Рассчёт нагрузки
При выборе солнечных батарей крайне важно правильно рассчитать величину мощности энергопотребления. Для этого в калькуляторе Вам предложено указать электрические приборы которыми вы будете пользоваться. Укажите их количество, мощность, а так же время работы в течении суток. Если в предложенном нами перечне нет необходимого вам прибора, вы можете воспользоваться пунктом «Другой прибор».

3. Выбор оборудования и опций
Из выпадающего списка сначала выберете солнечные модули, которые Вы планируете использовать или уже используете, не забудьте указать их количество. Если в предложенном списке нет необходимого солнечного модуля, выберете «У меня другой солнечный модуль», далее для полного определения стоимости солнечной электростанции, Вам предстоит выбрать из выпадающего списка сетевой инвертор и при необходимости дополнительные опции такие как: крепежные изделия (система креплений солнечных модулей на плоскость), расходные материалы которые могут потребоваться при монтаже сисетмы (метизы, термоусадка, стяжки и др.).

4. Получение данных
Наш калькулятор автоматически рассчитает и покажет оптимальный угол наклона ( «Оптимум» ) для максимальной усредненной выработки в год, а так же оптимальный зимний и летний угол, которые будут полезны в случае использования Вами поворотного механизма или эксплуатации электростанции в определенное время года ( например только летом, в этом случае Вам стоит ориентироваться именно на угол «Лето»). Если по каким-то причинам Вы не хотите использовать предложенные системой оптимальные углы ( к примеру Вы планируете монтировать модули на кровлю своего дома, и угол предопределяется уже имеющейся конструкцией), есть возможность задать произвольный ( необходимый Вам угол ). При изменении угла, данные по выработки будут пересчитаны автоматически.

Расчет солнечной электростанции • Ваш Солнечный Дом

Ниже приведен простой пошаговый метод расчета солнечной электростанции (СЭС). Этот метод поможет Вам определить требования к системе и выбрать необходимые Вам компоненты системы электроснабжения.

Расчет фотоэлектрической системы состоит из 4-х основных этапов:

  1. Определение нагрузки и потребляемой энергии
  2. Определение значений необходимой мощности инвертора и емкости аккумуляторной батареи
  3. Определение необходимого количества фотоэлектрических модулей исходя из данных по приходу солнечной радиации в месте установки системы.
  4. Расчет стоимости системы

После выполнения 4 шага, если стоимость системы недопустимо велика, можно рассмотреть следующие варианты уменьшения стоимости системы автономного электроснабжения:

Рекомендуем почитать по теме:
Руководство покупателя солнечных батарей
Основы фотоэнергетики
  • уменьшение потребляемой энергии за счет замены существующей нагрузки на энергоэффективные приборы, а также исключение тепловой, “фантомной” и необязательной нагрузки (например, можно использовать холодильники, кондиционеры и т.п., работающие на газе)
  • замену нагрузки переменного тока на нагрузку постоянного тока. В этом случае можно выиграть на остутствии потерь в инверторе (от 10 до 40%). Однако, нужно учитывать особенности построения низковольтных систем постоянного тока.
  • введение в систему электроснабжения дополнительного генератора электроэнергии – ветроустановки или дизель- или бензогенератора.
  • смириться с тем, что электроэнергия будет у Вас не всегда. И чем больше будет мощность системы отличаться от потребляемой мощности, тем более вероятны будут у Вас периоды отсутствия электроэнергии.

Расчет автономной

ФЭС

1. Определение энергопотребления

Составьте список устройств-потребителей электроэнергии, которые Вы собираетесь питать от ФЭС. Определите потребляемую мощность во время их работы. Большинство устройств имеют маркировку, на которой указана номинальная потребляемая мощность в ваттах или киловаттах. Если указан потребляемый ток, то нужно умножить этот ток на номинальное напряжение (обычно 220 В). Для справки Вы можете посмотреть значения потребляемой мощности для типовой бытовой нагрузки.

После того, как Вы узнаете данные по потребляемой мощности Вашей нагрузки, Вам нужно заполнить таблицу №1.

Используйте эту таблицу для определения общей дневной потребляемой энергии.

Подсчитайте нагрузку переменного тока. Если у Вас нет такой нагрузки, то можете пропустить этот шаг и перейти к подсчету нагрузки постоянного тока.

1.1. Перечислите всю нагрузку переменного тока, ее номинальную мощность и число часов работы в неделю. Умножьте мощность на число часов работы для каждого прибора. Сложите получившиеся значения для определения суммарной потребляемой энергии переменного тока в неделю.

Нагрузка переменного тока Ватт X часов/неделю = Втч/неделю
    X   =  
    X   =  
    X   =  
    X   =  
    X   =  
    X   =  
    X   =  
      Всего    

1.2. Далее нужно подсчитать сколько энергии постоянного тока потребуется. Для этого нужно умножить получившееся значение на коэффициент 1,2, учитывающий потери в инверторе.

1.3. Определите значение входного напряжения инвертора по характеристикам выбранного инвертора. Обычно это 12 или 24 В.

1.4. Разделите значение п.1.2 на значение п.1.3. Вы получите число Ампер-часов в неделю, требуемое для покрытия вашей нагрузки переменного тока.

Подсчитайте нагрузку постоянного тока

1.5. Запишите данные нагрузки постоянного тока :

Описание нагрузки постоянного тока Ватт X часов/неделю = Вт*ч/неделю
    X   =  
    X   =  
    X   =  
    X   =  
    X   =  
    X   =  
    X   =  
      Всего    

1.6. Определите напряжение в системе постоянного тока. Обычно это 12 или 24 В. (Как в п.1.3)

1.7. Определите требуемое количество А*ч в неделю для нагрузки постоянного тока (разделите значение п.1.5 на значение п.1.6).

1.8. Сложите значение п.1.4 и п. 1.7 для определения суммарной требуемой емкости аккумуляторной батареи. Это будет количество А*ч, потребляемых в неделю.

1.9. Разделите значение п.1.8 на 7 дней; Вы получите суточное значение потребляемых А*ч.

2. Оптимизируйте Вашу нагрузку

На этом этапе важно проанализировать Вашу нагрузку и попытаться уменьшить потребляемую мощность как можно больше. Это важно для любой системы, но особенно важно для системы электроснабжения жилого дома, так как экономия может быть очень существенной. Сначала определите большую и изменяемую нагрузку (например, насосы для воды, наружное освещение, холодильники переменного тока, стиральная машина, электронагревательные приборы и т.п) и попытайтесь исключить их из вашей системы или заменить на другие аналогичные модели, такие как приборы, работающие на газе или от постоянного тока.

Начальная стоимость приборов постоянного тока обычно выше (потому что они выпускаются не в таком массовом количестве), чем таких же приборов переменного тока, но вы избежите потерь в инверторе. Более того, зачастую приборы постоянного тока более эффективны, чем приборы переменного тока (во многих бытовых приборах, особенно электронных, переменный ток преобразуется в постоянный, что ведет к потерям энергии в блоках питания приборов).

Замените лампы накаливания на люминесцентные лампы везде, где это возможно. Люминесцентные лампы обеспечивают такой же уровень освещенности при том, что потребляют в 4-5 раз меншье электроэнергии. Срок их службы также примерно в 8 раз больше.

Если у Вас есть нагрузка, которую Вы не можете исключить, рассмотрите вариант, при котором Вы будете включать ее только в солнечные периоды, или только летом. Пересмотрите список Вашей нагрузки и пересчитайте данные.

3. Определите состав и размер вашей аккумуляторной батареи (АБ)

Выберите тип аккумуляторной батареи, которую Вы будете использовать. Мы рекомендуем использовать герметичные необслуживаемые свинцово-кислотные аккумуляторы, которые обладают самыми лучшими эксплуатационно-экономическими параметрами.

Далее Вам нужно определить, сколько энергии Вам нужно получать от аккумуляторной батареи. Часто это определяется количеством дней, в течение которых АБ будет питать нагрузку самостоятельно без подзаряда. Дополнительно к этому параметру Вам нужно учитывать характер работы системы электроснабжения. Например, если Вы устанавливаете систему для Вашего загородного дома, который Вы посещаете только на выходные, Вам лучше установить АБ большей емкости, потому что она может заряжаться в течение всей недели, а отдавать энергию только в выходные дни. С другой стороны, если Вы добавляете фотоэлектрические модули к уже существующей системе электроснабжения на базе дизель- или бензогенератора, Ваша батерея может иметь меньшую емкость, чем расчетная, потому что этот генератор может быть включен для подзаряда АБ в любое время.

После того, как Вы определите требуемую емкость АБ, можно переходить к рассмотрению следующих очень важных параметров.

3.1. Определите максимальное число последовательных “дней без солнца” (т.е. когда солнечной энергии недостаточно для заряда АБ и работы нагрузки из-за непогоды или облачности). Вы также можете принять за этот параметр выбранное Вами количество дней, в течение которых АБ будет питать нагрузку самостоятельно без подзаряда.

3.2. Умножьте суточное потребление в А*ч (см. п.1.9 расчета потребляемой энергии выше) на количество дней, определенных в предыдущем пункте.

3.3. Задайте величину глубины допустимого разряда АБ. Учитывайте, что чем больше глубина разряда, тем быстрее Ваши АБ выйдут из строя. Мы рекомендуем значение глубины разряда 20% (не более 30%), что значит что Вы можете использовать 20% от значения номинальной емкости вашей АБ. Используйте коэффициент 0,2 (или 0,3). Ни при каких обстоятельствах разряд батареи не должен превышать 80%!

3.4. Разделите п.3.2 на п.3.3

3.5. Выберите коэффициент из таблицы, приведеной ниже, который учитывает температуру окружающей среды в помещении, где установлены АБ. Обычно это средняя температура в зимнее время. Этот коэффициент учитывает уменьшение емкости АБ при понижении температуры.

Температурный коэффициент для аккумуляторной батареи

Температура в градусах коэффициент
Фаренгейта Цельсия
80F     26.7C 1.00
70F 21.2C 1.04
60F 15.6C 1.11
50F 10.0C 1.19
40F 4.4C 1.30
30F -1.1C 1.40
20F -6.7C 1.59

 

3.6. Умножьте значение п.3.4 на коэффициент п.3.5. Вы получите общую требуемую емкость АБ.

3.7. Разделите это значение на номинальную емкость выбранной Вами аккумуляторной батареи. Округлите полученное значение до ближайшего большего целого. Это будет количество батарей, которые будут соединены параллельно.

3.8. Разделите номинальное напряжение постоянного тока системы (12, 24 или 48В) на номинальное напряжение выбранной аккумуляторной батареи (обычно 2, 6 или 12В).Округлите полученное значение до ближайшего большего целого. Вы получите значение последовательно соединенных батарей.

3.9. Умножьте значение п.3.7 на значение п.3.8. для того, чтобы подсчитать требуемое количество аккумуляторных батарей.

4. Определите количество пиковых солнце-часов в день для вашего места

Несколько факторов влияют на то, как много солнечной энергии будет принимать Ваша солнечная батарея:

  • Когда будет использоваться система? Летом? Зимой? Круглый год?
  • Типичные погодные условия вашей местности
  • Будет ли система ориентироваться на солнце
  • Расположение и угол наклона фотоэлектрических модулей

Для определения среднемесячного прихода солнечной радиации Вы можете воспользоваться таблицей прихода солнечной радиации для некоторых городов России. Выработка электроэнергии солнечноей фотоэлектрической батареей (СБ) зависит от угла падения солнечных лучей на СБ. Максимум бывает при угле 90 градусов. При отклонении от этого угла все большее количество лучей отражается, а не поглощается СБ.

Зимой приход радиации значительно меньше из-за того, что дни короче, облачных дней больше, Солнце стоит ниже на небосклоне. Если Вы используете Вашу систему только летом, используйте летние значения, если круглый год, используете значения для зимы. Для надежного электроснабжения выбирайте из среднемесячных значений наименьшее для периода, в течение которого будет использоваться ФЭС.

Выбранное среднемесячное значение для худшего месяца нужно разделить на число дней в месяце. Вы получите среднемесячное количество число пиковых солнце-часов, которое будет использоваться для расчета Вашей СБ.

5. Расчет солнечной фотоэлектрической батареи

Выберите модуль из списка предлагаемых. Для определения характеристик и цен фотоэлектрических модулей зайдите на страницу “Солнечные батареи” Интернет-магазина.

Далее необходимо определить общее количество модулей, необходимых для вашей системы.

Ток в точке максимальной мощности Impp может быть определен из спецификаций модулей. Вы также можете определить Impp поделив номинальную мощность модуля на напряжение в точке максимальной мощности Umpp (обычно 17 – 17.5 В для 12-вольтового модуля).

5.1. Умножьте значение п. 1.9 на коэффициент 1.2 для учета потерь на заряд-разряд АБ

5.2. Разделите полученное значение на среднее число пиковых солнце-часов в вашей местности. Вы получите ток, который должна генерировать СБ

5.3. Для определения числа модулей, соединенных параллельно разделите значение п. 5.2 на Impp одного модуля. Округлите полученное число до ближайшего большего целого.

5.4. Для определения числа модулей, соединенных последовательно, разделите напряжение постоянного тока системы (обычно 12, 24, 48 В) на номинальное напряжение модуля (обычно 12 или 24 В).

5.5. Общее количество требуемых фотоэлектрических модулей равно произведению значений п. 5.3 и п. 5.4.

6. Расчет стоимости системы

Для расчета стоимости фотоэлектрической системы электроснабжения нужно сложить стоимости СБ, АБ, инвертора, контроллера заряда АБ и соединительной арматуры (провода, выключатели, предохранители и т.п.)

Стоимость СБ равна произведению значения п.5.5 на стоимость одного модуля (см. цены в интернет-магазине). Стоимость АБ равна произведению значения п.3.9 на стоимость одной аккумуляторной батареи (см. цены в интернет-магазине). Стоимость инвертора зависит от его мощности и типа. Мы предлагаем инверторы с синусоидальной формой выходного напряжения. Стоимость соединительной арматуры можно принять примерно равной 0,1-1% от стоимости системы.

7. Готовая таблица для расчета системы

Для вашего удобства мы составили специальную таблицу расчета фотоэлектрической системы в виде таблице MS Excel. Вы можете сгрузить файл excel.

Вы также можете воспользоваться online формой расчета фотоэлектрической системы, которая сразу посчитает Вам почти все технические параметры автономной фотоэлектрической системы.

8. Определитесь, нужна ли Вам готовая система или Вы будете собирать систему электроснабжения из компонентов сами

Мы разработали фотоэлектрические комплекты для различных случаев. Хотя Вы можете спроектировать систему электроснабжения сами, используя изложенную выше методику, выбор комплекта гарантирует, что все элементы системы подобраны правильно. Также зачастую цена комплекта ниже суммарной стоимости его составляющих. Перейдите на страницу с описанием готовых комплектов фотоэлектрических систем.

Однако если Вам нужна специфическая система, Вы можете выбрать соответствующее оборудования для Ваших нужд в нашем каталоге. Вам может потребоваться следующие компоненты системы:

    • Контроллер заряда
    • Инвертор
    • Соединительные провода
    • Предохранители, переключатели и разъемы
    • Измерители и индикаторы
  • Инструмент для монтажа
  • Резервный генератор

Вы найдете большинство этих компонентов в нашем каталоге. Позвоните нам и мы поможем Вам спроектировать систему электроснабжения под Ваши нужды с учетом Вашей нагрузки и финансовых возможностей. Перед тем как обратиться к нам, Вам нужно будет знать данные пунктов 1, 2 и 4 вышеприведенной методики расчета фотоэлектрической системы.

Эта статья прочитана 13519 раз(а)!

Продолжить чтение

  • 71

    Преимущества использования солнечных батарей в автономных и резервных системах электроснабжения Очень часто приходится сталкиваться с мнением, что применять солнечные батареи нецелесообразно, что они дороги и не окупаются. Многие думают, что гораздо легче поставить бензогенератор, который будет обеспечивать энергией ваш дом.…
  • 67

    Фотоэлектрические комплекты: Состав Для того, чтобы использовать солнечную энергию для питания ваших потребителей, одной солнечной батареи недостаточно. Кроме солнечной батареи нужно еще несколько составляющих. Типичный состав автономного фотоэлектрического комплекта следующий: фотоэлектрическая батарея контроллер заряда аккумуляторной батареи аккумуляторная батарея провода, коннекторы,…
  • 67

    Автономные фотоэлектрические энергосистемы Типы фотоэлектрических систем описаны на странице Фотоэлектрические системы. Рассмотрим более подробно один из видов — автономную ФЭС. Возможно создание автономной системы электроснабжения на солнечных батареях различной сложности. Наиболее простая система имеет на выходе низкое напряжение постоянного тока…
  • 66

    Есть ли выгода от приобретения солнечных батарей? Узнайте, когда ваши вложения окупятся и начнут приносить прибыль Автор: Каргиев В.М., к.т.н. Ссылка на источник при перепечатке обязательна. Солнечные батареи часто рекламируются как способ сэкономить электроэнергию и сократить счета на электричество. Это…
  • 65

    Классификация солнечных фотоэлектрических электростанций — Автономные, соединенные с сетью, резервные. Солнечные батареи в системах электроснабжения.
  • 55

    Рассматриваются принципиальные схемы построения систем электроснабжения с солнечными батареями. Подключение солнечных батарей через сетевые инверторы к батарейным инверторам, через солнечные контроллеры заряда. Особенности различных систем и рекомендуемое оборудование.

солнечные батареи на крыше, системы бесперебойного питания. Мощность.

Точные расчеты и инжиниринг систем энергоснабжения от возобновляемых источников энергии являются залогом их продуктивной и безаварийной эксплуатации, существенной экономии ресурсов и минимизации внешнего энергопотребления. Для правильного расчета таких систем энергоснабжения и учета различных параметров, влияющих на их производительность, наши специалисты используют специальные программы, автокалькуляторы и статистические метео данные – солнечную инсоляцию, скорость ветра, температуру и прочие условия. Не существует единого подхода к расчету всех типов систем, поэтому выделим основные и разберемся, что необходимо знать. И еще добавим, у того, что мы освещаем, существует еще иное название — «расчет солнечной электростанции«.

Фотоэлектрические сетевые установки.

Расчет и планирование фотоэлектрических установок с оформлением Зеленого тарифа происходит на основании существующего законодательства, технических норм, текущего проекта дома и конечно же пожеланий заказчика. Основным требование для таких солнечных установок является наличие сети и прямого договора с поставщиком электроэнергии. Далее основные данные для расчета сетевой солнечной электростанции:

1) Выделенная мощность для домохозяйства.

Максимальная мощность солнечной электростанции для частного домохозяйства, согласно закона, не может превышать 30 кВт. Но даже если вы планируете установить солнечную электростанцию мощностью, например,  10 или 15 киловатт то выделенная мощность на ваше домохозяйство соответственно должна быть 10 или 15 кВт. Другими словами, мощность домашней солнечной установки для Зеленого тарифа не может превышать выделенную мощность от РЭСа. Увидеть выделенную мощность для вашего домохозяйства вы можете в договоре на поставку электроэнергии между ваши и РЭСом.

2) Проект кровли дома с ориентацией по сторонам света.

На сегодняшний день фотоэлектрические установки могут быть расположены как на крыше,  так и на специальных наземных конструкциях. Оба варианта позволены законодательством и выбор стоит только за собственником солнечной электростанции. Если стоит задача расположить солнечные батареи на крыше дома, то первым делом используются скаты крыши ориентированы на Юг, то есть те, производительность которых по году будет максимальной. Далее уже возможно использовать Юго-восточные и Юго-Западные скаты. Мы же в свою очередь предоставляем заказчику расчет будущей производительности того или иного гелиополя и схематический внешний вид с расположенными солнечными панелями на крыше. Все это поможет владельцу дома сопоставить все «за» и «против» и определиться с лучшим местом для установки солнечных батарей.

3) Наличие на участке места для возможной установки наземной конструкции.

Часто бывает, что склоны крыши не подходят для установки солнечных панелей и причины могут быть следующие: неподходящая ориентация ската, малые габаритные размеры, нежелание клиента видоизменять кровлю или в конце-концов страх о том, что это сделает крышу не такой красивой как ранее. Если установка солнечных батарей на крышах домохозяйства недоступна, мы рассматриваем вариант монтажа солнечных батарей на наземных конструкциях. В этом случае как правило мы выезжаем на объект вместе с клиентом и совместно выбираем возможные места расположения, которые удовлетворят пожелания владельца дома и в то же время не сделают производительность солнечной установки минимальной.

Системы бесперебойного/автономного питания.

Системы для резервного питания домов или других объектов необходимы для обеспечения стабильной работы электроприборов при пропадании внешней сети. Поэтому основными показателями, необходимыми для правильного расчета, являются суммарная мощность электроприборов, которые должны работать в моменты отсутствия сети, а так же продолжительность работы данных приборов. Стоит понимать, что увеличение выходной мощности и продолжительности работы пропорционально увеличивает стоимость такой системы, посколько по сути происходит увеличение емкости аккумуляторного массива и мощности автономных инверторов.

1) Суммарная мощность или мощность выделенной группы потребителей.

Существует два варианта расчета системы бесперебойного/автономного питания. Первый, это когда мы рассчитываем сумму мощностей всего обрудования в доме и таким образом определяем необходимую суммарную мощность автономных инверторов. Как правило это 3-х фазная резервная система с тремя автономными инверторами. Аккумуляторные батареи стоит рассчитывать начиная с продолжительности работы 1 — 1,5 часа, а далее — по желанию, возможностям или целесообразности. Стоимость таких систем получается высокой из-за их универсальности, так как в момент отключения владелец дома может не задумываться о количестве используемых электроприборов. Такие системы необходимы людям, которые не хотят себя ограничивать в комфорте. 

Также существуют системы бесперебойного питания где за основу берется выделенная группа потребителей и подбор оборудования происходит с учетом бесперебойной работы только определенного набора оборудования. Как правило, в таких системах первым делом выбирают самых востребованых потребителей электроэнергии: газовые котлы, автоматика системы отопления, насосы, освещение в самых проходимых комнатах, холодильники. Далее, соизмеряя уровень комфорта и потраченных средств добавляют телевизоры, компьютеры, домашние кинотеатры и прочее. 

2) Расчет необходимой емкости аккумуляторных батарей.

Емкость аккумуляторных батарей рассчитывается, исходя из требования обеспечивать объект электроэнергией определенное время без её пополнения, плюс иметь остаточный запас для предотвращения полного разряда. Например, при отсутствия сети вам необходимо чтобы на протяжении 6 часов стабильно работали холодильник, телевизор и освещение в гостинной. Вы остановились на продолжительности в 6 часов из-за того, что за 10 лет вашего проживания в этом доме более длительных отключений вы не примоминаете. Стоит понимать, что этот показатель абсолютно разный для другой улицы, поселка, города — сугубо индивидуальный. Средняя мощность холодильника — 300 Вт, телевизора — 100 Вт, освещение в гостинной — 4 энергосберегающие лампы по 20Вт. Будем считать что на протяжении всех 6 часов все нужные электроприборы будут в работе. Мы помним, что холодильник питает свою мощность 15 минут в час.

Итого нам нужен запас в электроэнергии:

300 Вт х 1,5 часа + 100 Вт х 6 часов + 80 Вт х 6 часов = 1530 Вт

Необходимая емкость аккумуляторов:

1530 Вт х 1,2 / 12 В = 153 А/ч  (20% емкости — остаточный запас для предотвращения полного разряда и в следствии уменьшения периода эксплуатации)

3) Источник дозаряда аккумуляторных батарей.

Система бесперебойного питания переходит в разряд системы автономного питания если в ней предусмотрены альтернативные источники получения энергии: солнце, ветер, вода или биомасса. В большинстве случаев для достижения автономности мы используем солнечные батареи на крышу, количество которых точно также важно правильно расчитать, для получения необходимого количества электроэнергии при более длительных отключениях. Среднегодовой показатель солнечной инсоляции по Киеву и Киевской области — 3,1 кВт*час/м²/день. Показатель солнечной инсоляции за декабрь — худший по солнцу месяц, составляет 0,81 кВт*час/м²/день. Учитывая площадь модуля 1,6 м² и его эффективность 15,5% можем легко посчитать дневную производительность одной солнечной батареи LDK 255PA мощностью 255 Вт в среднем по году и за декабрь:

0,81 кВт*час/м²/день х 1,6м² х 0,155 = 0,201 кВт (потребуется 7 солнечных батарей LDK 255PA)

3,1 кВт*час/м²/день х 1,6м² х 0,155 = 0,769 кВт (потребуется 2 солнечные батареи LDK 255PA)

Если вы руководствуетесь первой цифрой, у вас всегда будет как минимум достаточно энергии для удовлетворения ваших потребностей, кроме разве что чрезвычайно продолжительных периодов плохой погоды. С помощью второго значения фотоэлектрическую систему можно рассчитать в соответствии со среднегодовой солнечной радиацией, то есть в некоторые месяцы будет больше энергии, чем требуется, а в другие — меньше.

Помните, солнечная батарея на крыше (установленная на крышу вашего дома) — идеальный помощник.

Батареи солнечного отопления дома: эффективность, расчет, установка

Идея использовать солнечную энергию для отопления дома или на другие нужды — не нова, разработаны устройства, которые позволяют это сделать любому человеку. Во многих странах, солнечные батареи на крыше скорее правило, чем исключение. Наша страна, к ним пока не относится, но и у нас уже подобные установки можно увидеть все чаще. Солнечные системы для дома могут быть двух видов. Первый — солнечные коллекторы, которые нагревают протекающий в них теплоноситель. Второй — солнечные батареи, которые вырабатывают электричество. О них и будем говорить ниже.

Солнечные батареи преобразуют солнечный свет в электрическую энергию. Батарея состоит из некоторого количества фотоэлектрических преобразователей, которые чаще называют фотоэлементами. Количество преобразователей в батарее произвольное, соединение последовательно-параллельное. Чем определяется количество фотоэлементов? Необходимой силой тока и напряжением. Располагают преобразователи на какой-либо плоской поверхности один возле другого. Из-за внешнего вида такие конструкции часто называют «солнечные панели».

Солнечные батареи для частного дома в некоторых странах — обычное явление

Слишком большие по площади солнечные батареи в быту использовать неудобно, а если не хватает мощности самой большой, несколько устройств соединяют в каскад. Если мощность требуется большая, может понадобиться значительная площадь: может быть занята вся крыша, иногда стены дома и часть придомовой территории. Потому чаще применяют солнечные батареи для частного дома: там есть где разместить и большое их количество. Владельцы квартир могут занять только окна и балконы.

Возможности использования

Как можно использовать солнечные батареи для отопления дома? Только для уменьшения счетов за электроэнергию, а также в качестве резервного источника на случай отключения. Это поможет добиться той самой энергонезависимости, и не заморозить систему отопления при отсутствии централизованного электропитания.

Если включить гелиосистему параллельно с централизованным энергоснабжением, можно сэкономить приличную сумму

Насколько реально солнечная батарея может обеспечит потребности в электричестве? Если говорить о водяном отоплении, то это реально: для поддержания работоспособности системы потребуется максимум 200-300 Вт/ч. Столько в среднем «тянут» электроника котла + циркуляционный насос + возможные управляющие устройства и контролеры. Если система у вас больше, возьмите паспорта и посчитайте необходимую мощность. Для 300 Вт/ч будет достаточно двух солнечных панелей средней мощности (их суммарная производительность должна немного превышать потребность).

И не нужно думать, что при отсутствии солнца электричества не будет. В систему входят обязательно аккумуляторы и инвертор. Правильно подберите мощность аккумуляторов, и их заряда даже при самых плохих погодных условиях вам хватит на несколько дней работы системы.

Кстати, многие европейские производители отопительного оборудования предусматривают совместную работу своей техники с солнечными преобразователями (например, газовые котлы Baxi и Ariston). Но работают они с гелиоколлекторами (греют воду) или с солнечными батареями, нужно смотреть по каждому виду оборудования.

Для полного обеспечения электроэнергией одной крыши будет недостаточно

Если подогрев пола у вас электрический, все серьезнее. Мощность большинства таких обогревателей исчисляется киловаттами. Для выработки такого количества энергии потребуется много панелей для переработки энергии солнца. Устройство системы солнечных батарей для отопления частного дома электрическими полами, может вылиться в очень приличную сумму. Но система хороша тем, что ее мощность можно наращивать постепенно. Будете по возможности увеличивать количество панелей и количество вырабатываемого электричества.

При желании можно сэкономить: собрать солнечные панели самостоятельно. Такие самодельные варианты обойдутся в разы дешевле заводских. И это притом, что покупать фотопреобразователи придется готовые: их изготовление в кустарных условиях — нереальная задача. Поэтому — только готовые. Эффективность самодельных солнечных панелей будет ниже заводских, но и цена в разы ниже.

Расчет солнечных батарей для дома

Инсоляция (количество солнечной энергии) в разные месяцы сильно изменяется. Потому сначала нужно определиться с тем, какую часть электроэнергии и на какой период вы собираетесь вырабатывать. Если вы хотите все 100% в любое время года вырабатывать самостоятельно, считать придется по самому плохому месяцу с минимальным количеством солнечных дней. Но тогда возникнет вопрос: что делать с избыточным количеством электроэнергии, которая будет вырабатываться в другие месяца.  Если проживание планируется только в огородный сезон, считаете по самой низкой инсоляции в этот период. В общем, принцип понятен.

Лучше всего с выработкой электроэнергии от солнца дело обстоит на юге

Затем необходимо рассчитать какую суммарную мощность должна выдавать ваша солнечная система для дома. Для этого в таблицу вписываете все электроприборы, и из их паспортов вносите данные по мощности, потребляемому току и ваттную нагрузку. Подбив колонки, узнаете, сколько электроэнергии в час нужно всей вашей аппаратура и приборам. Понятно, что все они вряд ли включаются одновременно. Можете попытаться высчитать, какие из них работают одновременно, и по этой цифре подбирать солнечные панели.

Как считать количество солнечных батарей разберем на примере. Пусть потребность в электроэнергии 10 кВт/ч, инсоляция в расчетном месяце 2 кВт/ч. Мощность батареи, которую собрались покупать, 250 Вт (0,25 кВт). Теперь считаем 10 / 2 / 0,25 = 20 шт. То есть понадобится 20 солнечных панелей.

Для уменьшения потребления электроэнергии нужно заменить все лампы накаливания на светодиодные, а всю старую неэкономную технику на энергосберегающую — тогда вам понадобится не такое уже и большое количество солнечных панелей.

Виды солнечных батарей

Фотоэлектрические преобразователи существуют разные. Причем отличается и материал, из которого они изготавливаются, и технологии. От всех этих факторов напрямую зависит производительность этих преобразователей. Некоторые фотоэлементы имеют КПД 5-7 %, а самые удачные последние разработки показывают 44 % и выше. Понятно, что от разработок до бытового использования расстояние огромное, и по времени, и по деньгам. Зато можно представить, что ждет нас в ближайшем будущем. Для получения лучших характеристик используют другие редкоземельные металлы, но с улучшением характеристик имеем приличное повышение цены. Средняя же производительность относительно недорогих солнечных преобразователей составляет 20-25 %.

Самое широкое распространение получили солнечные модули из кремния

Самые распространенные кремниевые солнечные батареи. Этот полупроводник недорог, его производство освоено давно. Но они имеют не самый высокий КПД — те самые 20-25%. Потому при всем разнообразии сегодня преимущественно используются три вида солнечных преобразователей:

  • Самые дешевые — тонкопленочные батареи. Они представляют собой тонкий налет кремния на несущем материале. Кремниевый слой покрыт защитной пленкой. Плюс этих элементов в том, что работают они даже в рассеянном свете, а, следовательно, есть возможность устанавливать их даже на стены зданий. Минусы — низкая эффективность 7-10%, а также, несмотря на защитный слой, постепенная деградация кремниевого слоя. Тем не менее заняв большую площадь, можно получить электричество даже в пасмурную погоду.
  • Поликристаллические солнечные батареи изготавливают из расплава кремния, медленно его охлаждая. Отличить эти элементы можно по ярко-синему цвету. Эти солнечные батареи имеют лучшую продуктивность: КПД 17-20%, но в рассеянном свете малоэффективны.
  • Самые дорогие из всей троицы, но при этом довольно широко распространенные — монокристаллические солнечные батареи. Они получаются путем разделения одного кристалла кремния на пластины и имеют характерную геометрию со скощенными углами. У этих элементов КПД от 20% до 25%.

Теперь, видя надписи «солнечная панель моно» или «поликристаллическая солнечная батарея», вы будете понимать, что речь идет о способе производства кремниевых кристаллов. Также вы будете знать, какой эффективности от них можно ожидать.

Батарея с монокристаллическими преобразователями

Эффективность солнечных батарей зимой

Вы, наверное, удивитесь, но зимним днем на вертикальную поверхность падает всего в 1,5-2 раза меньше энергии, чем летом. Это данные для средней полосы России. За сутки картина хуже: за этот период летом получаем в 4 раза больше энергии. Но обратите внимание: на вертикальную поверхность. То есть на стену. Если говорить о горизонтальной поверхности, тут разница уже в 15 раз.

Самая печальная картина по выработке электроэнергии солнечными батареями ожидает вас не зимой, а осенью: в пасмурную погоду их эффективность ниже в 20-40 раз, в зависимости от плотности облачного покрова. Зимой же, после того выпал снег, инсоляция (количество света, падающего на батареи) в солнечные дни может приближаться к летним значениям. Потому зимой солнечные системы для дома вырабатывают больше электроэнергии, чем осенью.

Получается, чтобы зимой добиться близкой к максимальной эффективности, нужно располагать солнечные батареи вертикально или почти вертикально. И, если их вешать на стены, то желательно на юго-восточные: утром по статистике чаще бывает ясная погода. Если юго-восточной стены нет, или ничего на ней установить невозможно, выйти из положения можно сделав специальные подставки. Тогда  ставят солнечные батареи на крыше. Так как угол падения солнечных лучей в зависимости от сезона меняется, желательно сделать подставку с регулируемым углом наклона. Есть возможность — разверните солнечные панели «лицом» на юго-восток, нет такой возможности, пусть «смотрят» на юг.

Одна из систем монтажа

Правила установки

Эффективность работы кремниевых солнечных батарей зависит от количества попадающей на них энергии солнца (всего спектра излучения). Факторы, на которые мы можем каким-то образом повлиять, это:

  • Затененность. Желательно, чтобы на протяжении светового дня на панель не падала тень. Потому выбирайте место, где не растут высокие деревья, нет тени от зданий или линий электропередач. Даже небольшой участок тени, попавший на поверхность, значительно снизит выработку электроэнергии. КПД установки будет равно самой низкой производительности среди всех фотоэлементов в панели. Потому даже один листок или след от птичьего помета сильно снижает выработку электроэнергии всей панели целиком.
  • Ориентация. Если есть возможность изменять положение, летом выставляйте из «лицом» на юг, зимой — на юго-восток. Это возможно, если панель поставлена на плоской крыше или на земле.
  • Угол наклона. Если местом установки солнечной батареи выбрана скатная крыша, а ее угол наклона далек от идеального, требуется изготовить специальные рамы, с помощью которых можно корректировать положение батарей. В идеале рамы должны иметь возможность изменять этот угол наклона. Изменять каждый день или час никто положение не будет, но раз в сезон поправить его можно.

    Один из вариантов установки. В морозный, но солнечный день, при наличии снега выработка тока будет приличной

На работоспособность многих типов преобразователей влияют температурные показатели: диапазон использования кремниевых элементов от -40 oC до +50 oC. Негативно на работоспособности сказываются как более низкие, так и более высокие температуры. Если летом у вас солнце активное, важно не допустить перегрева. Для этого под панель можно положить белую ткань или фольгу (более эффективно). Если это не помогает и панель перегревается, поверните ее, или перевесьте. Нужно будет выбрать такое положение, при котором будет соблюдаться тепловой режим, а производительность останется довольно высокой.

Максимальную свою продуктивность эти устройства показывают, если солнечные лучи падают под углом 90o. К сожалению, такое возможно далеко не весь день, а лишь короткий промежуток времени. Есть специальные системы слежения, изменяющие угол наклона панели так, чтобы свет падал постоянно под желаемым углом, но это дорогие установки.

И все же, можно найти оптимальный угол установки солнечных батарей. Просто при незначительном отклонении от идеала (менее 50o) производительность падает мало, примерно на 5 %. Фактическое подтверждение этому можете увидеть в видео.

Для каждого региона угол установки солнечных батарей свой. Его можно определить экспериментально (как — вы видели), а можно выставить исходя из географической широты — этот наклон принято считать самым лучшим. Многое зависит от ориентации панели: если вы развернули ее на север или восток, оптимальный угол будет меньше.

Солнечные батареи на крыше

Прежде всего, нужно выяснить, выдержит ли кровля дополнительную нагрузку. Один-два модуля выдержит любая, а для большего количества придется считать.

Для надежной фиксации они должны крепиться как минимум в четырех точках. Причем, если вы монтируете панели заводского изготовления, не поленитесь изучить инструкцию по установке: при нарушении хотя бы одного из пунктов, оборудование снимается с гарантии. В большинстве случаев требования такие:

  • Крепятся солнечные батареи на расстоянии 5-15 см выше кровельного материала. Этот зазор необходим для проветривания (для поддержания температурного режима).

    Устанавливать солнечную батарею нужно на расстоянии 5-15 см от кровельного материала на специальных направляющих

  • Для закрепления использовать только имеющиеся в корпусе отверстия. Дополнительные сверлить нельзя.
  • Рама, на которой закреплены фотоэлементы, рассчитана на вертикальную или горизонтальную установку (указано в паспорте), и в другом положении ее крепить нельзя.

    Если рекомендована вертикальная установка, горизонтально ставить панель нельзя

Системы крепления солнечных панелей могут быть разными. Есть готовые (продаются там же, где и сами панели), но вполне можно использовать и сделанные собственноручно. Важно только использовать надежные, стойкие к коррозии материалы. Толщина реек и крепежа должна быть большой: выдерживать должны они и ветровые нагрузки, и массу панелей с самым толстым снежным покровом.

Один из методов крепления солнечных батарей на крыше частного дома можно увидеть в видео.

Теперь немного об электрической сборке. Схема подключения солнечной батареи, кроме самих преобразователей, предусматривает наличие:

  • контроллера заряда с подключенными аккумуляторными батареями;
  • преобразователя (инвертора), который преобразует постоянный ток в переменный;
  • предохранителей для защиты от короткого замыкания (повысят безопасность и вашу и системы).

Контроллер и преобразователь имеют ограничения по току и напряжению. Суммарные параметры подключаемой для вашего дома солнечной системы не должны их превышать. Для электрического соединения батарей в единую систему, использовать нужно только те провода, которые выведены наружу.

Принципиальная схема подключения гелиобатарей

Для соединения панелей применяют медный проводник в стойкой к ультрафиолету изоляции. Если провода в подходящей изоляции не нашли, спрячьте его в гофрированный шланг для наружных работ. Толщина жил провода зависит от предполагаемой силы тока в системе и от длины линии, но минимальное сечение 4 мм2. Соединение проводников желательно делать при помощи коннекторов, а не на скрутках. Рекомендуют МС4 потому что проводники, выходящие из большинства солнечных батарей, оконечены именно такими разъемами. Эти разъемы хороши тем, что обеспечивают герметичное соединение, что на крышах немаловажно. Но не все фирмы устанавливают разъемы этого стандарта. В дешевых моделях (особенно китайских) может стоять что-либо иное, так что уточняйте при покупке.

Это схематическое изображение подключения

Теперь о последовательности подключения оборудования в систему. Для безопасного подключения соблюдайте очередность такую:

  1. К контроллеру подключаются аккумуляторы с соблюдением полярности. Провода — медь, сечение выбирается в зависимости от мощности контроллера.
  2. К контроллеру подключаются солнечные батареи. Также необходимо соблюдать полярность.
  3. К контроллеру через предохранитель подключается 12 В потребители.
  4. К аккумуляторам подключается инвертор (через предохранитель), а к его выходу уже потребители 220 В. Подключение инвертора напрямую к контроллеру исключено: придется покупать новые устройства. А это приблизительно 600-1000$ в зависимости от фирмы и мощности.

Не пренебрегайте последовательностью подключения — это наиболее безопасный алгоритм, гарантирующий (при соблюдении полярности) рабочее состояние системы.

Напоследок, еще один вариант установки на крыше дачи с регулируемым углом наклона. Возможно, вам видео будет полезным.

Расчет солнечной станции. Цены на расчет солнечной батареи в Минске

Расчет солнечной станции начинается с того, как Вы планируете использовать получаемую электроэнергию от солнечных модулей.

Далее принимается во внимание количество и мощность оборудования, на энергоснабжение которого будут направлена энергия.

Исходя из характеристик оборудования выбирается исполнение солнечной станции.

Если оборудование работает от постоянного напряжения, то следующий элемент, который участвует в цепочке между солнечными модулями и оборудованием является контроллер заряда/разряда. Такие решения подходят для систем автономного освещения, либо автономного энергоснабжения приборов, работающих от 12В/24В (ТВ, ноутбук и пр.). Для точного расчета оборудования принимается суммарная мощность всех подключаемых приборов и оборудования в час. Полученная общая мощность делится на напряжение 12В или 24В и получается необходимая емкость для энергообеспечения в час.

Расчет солнечной батареи — пример:

  • Суммарная мощность подключаемого оборудования 200Вт*ч. Напряжение 12В.
  • Необходимая емкость составляет (200/12) – 16,7А*ч.
  • Количество часов работы – 6.
  • Общая емкость (6*16,7) – 100А*ч.
  • Допускаемый коэффициент преобразования (потери) – 1,2.
  • Итого: 100*1,2 – 120А*ч
  • АКБ не рекомендуется разряжать более чем на 75%.
  • Тогда общая емкость АКБ составит: 120/75*100 – 160А*ч.
  • Т.е. в данном случае с запасом нужно использовать 1АКБ емкостью 200А*ч.

Теперь посмотрим, как рассчитать какой мощности нужны солнечные модули. Здесь нужно исходить из параметров солнечных модулей, а также из данных по солнечной активности (инсоляции) для Беларуси. Ниже приведены данные по инсоляции и выработка электроэнергии солнечным модулей мощностью 250Вт:


Из приведенных расчетов солнечных батарей видно, что для круглогодичного варианта энергоснабжения с энергопотреблением в 200Вт*ч в течение 6 часов будет достаточно одного солнечного модуля мощностью 260-265Вт.

Для сезонного энергоснабжения (с апреля по конец сентября) для такого же варианта энергоснабжения будет достаточно одного модуля мощностью 150Вт.

Если вас интересует расчет солнечной станции (расчет солнечной батареи) более подробно, пожалуйста, свяжитесь с нами по телефонам, указанным на сайте.

Сколько солнечных панелей вам нужно: размер панели и коэффициент мощности

Сколько солнечных панелей нужно среднему дому? Сколько солнечных панелей мне нужно для дома с 3 спальнями? Сколько солнечных панелей мне нужно для дома площадью 2000 кв. Футов? Все это общие вопросы для начинающего домовладельца, использующего солнечную энергию. Чтобы определить, сколько солнечных панелей вам понадобится для дома, сначала нужно знать, каковы ваши цели.

Хотите минимизировать выбросы углекислого газа? Увеличить рентабельность ваших инвестиций? Сэкономить как можно больше денег?

Большинство людей хотят сэкономить при минимальном воздействии на окружающую среду.

Чтобы рассчитать необходимое количество солнечных панелей, необходимо знать:

  1. Ваши средние потребности в энергии

  2. Ваше текущее потребление энергии в ваттах

  3. Климат и количество солнечного света в вашем районе

  4. Эффективность рассматриваемых солнечных панелей

  5. Физический размер рассматриваемых солнечных панелей

Один простой способ ответить на вопрос «Сколько солнечных панелей мне нужно» — это проконсультироваться с профессиональным установщиком солнечных батарей, который бесплатно проведет для вас оценку солнечной энергии в доме.

Сколько солнечной энергии вам понадобится?

Чтобы определить среднюю потребность вашего дома в энергии, посмотрите прошлые счета за коммунальные услуги. Вы можете рассчитать, сколько солнечных панелей вам нужно, умножив почасовые потребности вашего домохозяйства в энергии на максимальное количество солнечных часов в вашем районе и разделив их на мощность панели. Используйте примеры низкой мощности (150 Вт) и высокой мощности (370 Вт), чтобы установить диапазон (например, 17-42 панели для выработки 11 000 кВтч / год). Обратите внимание, что размер вашей крыши и количество солнечного света также являются факторами.

Если вы работаете с опытным установщиком солнечных батарей, они сделают все эти вычисления за вас. Если вы ищете калькулятор, чтобы выяснить, «сколько солнечных панелей мне нужно?», Не ищите дальше. Вы можете использовать SunPower Design Studio, чтобы оценить размер вашей собственной системы, ежемесячную экономию и фактический внешний вид солнечной батареи на вашей собственной крыше. Этот интерактивный инструмент дает оценку солнечной активности всего за несколько секунд и может быть выполнен самостоятельно или по телефону с помощью SunPower (800) 786-7693.

Сколько ватт вы сейчас используете?

Посмотрите на свой счет за электроэнергию для определения среднего потребления. Найдите «Используемые киловатт-часы (или кВтч)» или что-то подобное, а затем отметьте представленное время (обычно 30 дней). Если в вашем счете не указаны использованные киловатт-часы, поищите начальные и конечные показания счетчика и вычтите предыдущее показание из самого последнего.

Для наших расчетов вы хотите использовать ежедневное и почасовое использование, поэтому, если в вашем счете не отображается среднесуточное значение, просто разделите среднемесячное или годовое среднее значение на 30 или 365 дней соответственно, а затем снова разделите на 24, чтобы определить среднечасовую стоимость электроэнергии. использование.Ваш ответ будет в кВт. (И на всякий случай, если вам интересно, киловатт-час — это сколько энергии вы потребляете в любой момент времени, умноженное на общее время использования энергии.)

Небольшой дом в умеренном климате может потреблять около 200 кВтч в месяц, а более крупный дом на юге, где на кондиционеры приходится большая часть домашнего потребления энергии, может потреблять 2000 кВтч или более. Средний дом в США потребляет около 900 кВт / ч в месяц. Это 30 кВтч в день или 1,25 кВтч в час.

Среднесуточное потребление энергии — это ваше целевое среднесуточное значение для расчета ваших потребностей в солнечной энергии. Это количество киловатт-часов, которое ваша солнечная система должна производить, если вы хотите покрыть большую часть, если не все свои потребности в электроэнергии.

Важно отметить, что солнечные панели не работают с максимальной эффективностью 24 часа в сутки. (См. Solar 101: Как работает солнечная энергия?). Например, погодные условия могут временно снизить эффективность вашей системы. Поэтому эксперты рекомендуют добавить 25-процентную «подушку» к вашему целевому среднесуточному значению, чтобы гарантировать, что вы сможете производить всю необходимую вам чистую энергию.

Сколько часов солнечного света вы можете ожидать в вашем районе?

Пик солнечного света в вашем конкретном месте будет иметь прямое влияние на энергию, которую вы можете ожидать от солнечной системы дома. Например, если вы живете в Фениксе, вы можете рассчитывать на большее количество часов пика солнечного света, чем если бы вы жили в Сиэтле. Это не означает, что домовладелец в Сиэтле не может использовать солнечную энергию; это просто означает, что домовладельцу потребуется больше панелей.

Центр данных по возобновляемым ресурсам предоставляет информацию о солнечном свете по штатам и по крупным городам.

Теперь умножьте свое почасовое использование (см. Вопрос № 1) на 1000, чтобы преобразовать почасовую выработку электроэнергии в ватты. Разделите среднюю почасовую потребность в мощности на количество дневных часов пика солнечного света в вашем районе. Это дает вам количество энергии, которое ваши панели должны производить каждый час. Таким образом, среднему дому в США (900 кВтч / месяц) в районе, который получает пять часов пикового солнечного света в день, потребуется 6000 Вт.

Что влияет на выходную эффективность солнечных панелей?

Вот где качество солнечных батарей имеет значение.Не все солнечные панели одинаковы. Фотоэлектрические (PV) солнечные панели (чаще всего используемые в жилых помещениях) бывают мощностью от 150 до 370 Вт на панель, в зависимости от размера и эффективности панели (насколько хорошо панель может преобразовывать солнечный свет в энергию) и по сотовой технологии.

Например, солнечные элементы без линий сетки на передней панели (такие как элементы SunPower ® Maxeon ® ) поглощают больше солнечного света, чем обычные элементы, и не страдают от таких проблем, как расслоение (отслаивание).Конструкция наших ячеек делает их более прочными и устойчивыми к растрескиванию и коррозии. Микроинвертор на каждой панели может оптимизировать преобразование мощности в источнике, в отличие от одного большого инвертора, установленного сбоку дома.

Из-за таких больших различий в качестве и эффективности трудно сделать общие выводы о том, какие солнечные панели подходят вам или сколько вам потребуется для вашего дома. Главный вывод заключается в том, что чем эффективнее панели, тем большую мощность они могут производить и тем меньше вам потребуется на крыше, чтобы получить такую ​​же выходную мощность.Обычные солнечные панели обычно производят около 250 Вт на панель с различным уровнем эффективности. Напротив, панели SunPower известны как самые эффективные солнечные панели на рынке.

Чтобы определить, сколько солнечных панелей вам нужно, разделите почасовую потребность вашего дома в мощности (см. Вопрос № 3) на мощность солнечных панелей, чтобы рассчитать общее количество панелей, которые вам нужны.

Таким образом, среднему американскому дому в Далласе, штат Техас, потребуется около 25 обычных (250 Вт) солнечных панелей или 17 панелей SunPower (370 Вт).

Как влияет размер солнечной панели?

Если у вас небольшая крыша или крыша необычной формы, важно учитывать размер и количество солнечных батарей. Имея большую полезную площадь крыши, возможно, вы сможете пожертвовать некоторой эффективностью и купить больше панелей большего размера (по более низкой цене за панель), чтобы достичь целевого выхода энергии. Но если полезная площадь крыши ограничена или если она частично затенена, то возможность использовать меньшее количество более мелких высокоэффективных панелей может быть лучшим способом получить максимально возможную мощность в долгосрочной перспективе, что в конечном итоге сэкономит вам больше денег.

Размеры солнечной панели

Типичные размеры солнечных панелей для жилых помещений сегодня составляют примерно 65 на 39 дюймов или 5,4 на 3,25 фута, с некоторыми различиями между производителями. Панели SunPower имеют размер 61,3 на 41,2 дюйма.

Эти размеры оставались более или менее неизменными на протяжении десятилетий, но эффективность и производительность на той же занимаемой площади резко изменились в лучшую сторону. Кроме того, SunPower проектирует целые системы таким образом, чтобы практически не было зазоров между панелями, и использует невидимое обрамление и монтажное оборудование, чтобы площадь крыши оставалась максимально компактной, эффективной и привлекательной.


Сколько весят солнечные панели?

Если вы планируете установить солнечную систему на крыше, понимание веса ваших солнечных панелей является еще одним ключевым фактором, который следует учитывать. Знание веса солнечной панели — лучший способ убедиться, что ваша крыша сможет выдержать полную установку.

Хотя вес панелей варьируется от производителя к бренду, большинство панелей весят около 40 фунтов.

Панели

SunPower — самые легкие из всех основных брендов, при этом некоторые из наших панелей весят всего 33 фунта.Для сравнения, в верхней части диапазона некоторые обычные панели весят до 50 фунтов.

Резюме: Сколько панелей вам нужно?

Знание ответов на приведенные выше вопросы даст вам представление об идеальном количестве панелей для ваших нужд в производстве электроэнергии — или, по крайней мере, о реалистичном диапазоне. Затем профессиональному установщику необходимо оценить архитектуру вашей крыши, угол наклона к солнцу и другие факторы, чтобы увидеть, сможете ли вы физически расположить нужное количество панелей на своей крыше для достижения ежедневных целей по выработке энергии и каким образом.

Вам также следует подумать об измерении нетто, поскольку вы думаете, сколько денег вы сэкономите и заработаете от своей солнечной системы. Чистый учет — это то, как ваша коммунальная компания кредитует вас за производство избыточной солнечной энергии, когда солнце светит, а затем позволяет вам использовать эти кредиты, когда вы используете обычную электросеть в ночное время, если вы не храните избыточную солнечную энергию в аккумуляторная система хранения.

Для начала ознакомьтесь с нашим солнечным калькулятором, который поможет вам подсчитать, сколько вы можете сэкономить, переходя на солнечную энергию.

Похожие сообщения

Заинтересованы в высокоэффективных солнечных батареях для вашего дома? Свяжитесь с SunPower для получения дополнительной информации.

Расчет мощности солнечной панели

Как рассчитать мощность солнечной панели — часто задаваемый вопрос домовладельцев. Это имеет смысл, учитывая влияние производства солнечных панелей на всю систему. Чтобы точно рассчитать выходную мощность ваших солнечных панелей, необходимо выполнить несколько шагов и несколько переменных.

Некоторые из наиболее важных факторов при определении производительности вашей солнечной панели включают:

  • Эффективность ваших солнечных панелей
  • Местоположение (сколько солнечного света попадает на ваши солнечные панели)
  • В каком направлении обращены ваши солнечные панели

Конечно, есть и другие переменные, которые также могут изменить окончательное число выходных данных, но три вышеупомянутых являются основными факторами. Мы рассмотрим каждый из них в этом посте, а также дадим формулу для точного расчета мощности солнечной панели.

Как измерить мощность солнечной панели

Каковы стандартные условия испытаний?

Хорошее место для начала — понимание параметров, которые определяют номинальную мощность солнечной панели. Сколько ватт может производить ваша солнечная панель, может составлять от 250 до 370 ватт.

Означает ли это, что ваша система все время будет генерировать именно такое количество? Не совсем. Вот здесь и появляются эти переменные. Но показатель эффективности солнечной панели — это показатель того, сколько ватт может вырабатывать ваша солнечная панель в идеальных условиях.

Эти идеальные условия моделируются в лаборатории, где испытываются солнечные панели, известной как стандартные условия испытаний (STC). Стандартные условия испытаний для мощности солнечной панели означают, что ваша солнечная панель работает при температуре 77 градусов по Фаренгейту, в то время как на панель падает 1000 ватт солнечного света на квадратный метр.

Итак, в этих идеальных условиях 250-ваттная солнечная панель будет производить 250 ватт электроэнергии. Этот стандарт — хороший способ гарантировать, что все солнечные панели при производстве соответствуют определенным критериям.Что касается того, насколько хорошо они работают в естественных условиях, давайте рассмотрим некоторые из этих переменных.

Эффективность панели солнечных батарей

Что такое эффективность панели солнечных батарей? В то время как мощность может сказать вам, что ваша солнечная панель способна производить в идеальных условиях, эффективность говорит вам, сколько солнечного света ваша солнечная панель способна преобразовывать в электричество, которое вы можете использовать в своем доме.

Например, если ваша солнечная панель имеет рейтинг эффективности 13 процентов, это означает, что 13 процентов солнечного света, падающего на вашу солнечную панель, будут преобразованы в энергию, необходимую для поджаривания хлеба или стирки.

На эффективность солнечных панелей могут влиять несколько факторов, которые могут либо подавлять, либо повышать ее. Внутри самих солнечных элементов эффективность может варьироваться в зависимости от того, насколько они отражают. Менее отражающие клетки могут собирать больше солнечного света и использовать его, а не возвращать в космос.

Область вокруг вашей системы солнечных панелей на крыше также может изменить ваши показатели эффективности. Наиболее распространенные факторы окружающей среды, которые могут снизить эффективность:

  • Затенение от ближайших деревьев или других зданий
  • Чрезмерная облачность
  • Чрезмерная грязь, пыль и загрязнение
  • Толстые слои снега

Есть некоторые моменты, на которые следует обратить внимание о каждом из них.Затенение, как правило, является довольно очевидным препятствием для эффективности, и его следует избегать, если это вообще возможно. Подрезка деревьев и установка солнечных батарей, чтобы избежать затенения от других близлежащих строений, помогут.

Облачность не означает, что солнечный свет не попадет на ваши солнечные панели, но, очевидно, их количество уменьшится.

Грязь, пыль и загрязнения могут со временем снизить эффективность солнечных панелей. Дождь — это естественный и простой способ их смыть. Если вы живете в особенно засушливом регионе, где мало осадков и много пыли, вы можете очистить солнечные панели самостоятельно или нанять кого-нибудь, кто сделает это за вас.

Хотя это правда, что слишком много обильного снега может снизить эффективность, немного снега на самом деле хорошо, потому что любая пыль, грязь и загрязнения будут прилипать к ним и соскальзывать с гладких панелей при таянии снега. Кроме того, как и большинство электронного оборудования, солнечные панели хорошо работают в более прохладных условиях.

Как рассчитать выходную энергию фотоэлектрических солнечных систем?

Здесь вы узнаете, как рассчитать годовой выход энергии фотоэлектрической солнечной установки.

Общая формула для оценки электроэнергии, вырабатываемой на выходе фотоэлектрической системы:

E = A * r * H * PR

E = Энергия (кВтч)
A = Общая площадь солнечной панели (м2)
r = Выход или эффективность солнечной панели (%)
H = Годовое среднее солнечное излучение на наклонных панелях (затенения не включены)
PR = Коэффициент полезного действия, коэффициент для потерь (диапазон от 0,5 до 0,9, значение по умолчанию = 0,75)

r — мощность солнечной панели, определяемая соотношением: электрическая мощность (в кВт) одной солнечной панели, деленная на площадь одной панели.
Пример: мощность солнечной панели фотоэлектрического модуля мощностью 250 Вт с площадью 1,6 м2 составляет 15,6%.
Имейте в виду, что это номинальное соотношение дано для стандартных условий испытаний (STC): излучение = 1000 Вт / м2, температура ячейки = 25 градусов Цельсия, скорость ветра = 1 м / с, AM = 1,5.
Единица номинальной мощности фотоэлектрической панели в этих условиях называется «пиковой мощностью» (Wp или kWp = 1000 Wp или MWp = 1000000 Wp).

H — среднегодовое солнечное излучение на наклонных панелях. От 200 кВтч / м2.y (Норвегия) и 2600 кВтч / м2.y (Саудовская Аравия). Вы можете найти это глобальное значение излучения здесь: База данных солнечной радиации
Вы должны найти глобальное годовое излучение, падающее на ваши фотоэлектрические панели, с вашим конкретным наклоном (наклон, наклон) и ориентацией (азимутом).

PR: PR (коэффициент полезного действия) — очень важная величина для оценки качества фотоэлектрической установки, поскольку она дает характеристики установки независимо от ориентации и наклона панели.Сюда входят все убытки.

Пример подробного описания потерь, в котором указано значение PR (зависит от объекта, технологии и размера системы):
— Потери инвертора (от 4% до 10%)
— Температурные потери (от 5% до 20%)
— Потери в кабелях постоянного тока (от 1 до 3%)
— Потери в кабелях переменного тока (от 1 до 3%)
— Затенения от 0% до 80% !!! (для каждого объекта)
— Потери при слабой радиации от 3% до 7%
— Потери из-за пыли, снега … (2%)
— Прочие потери (?)

Скачать:
Файл Excel для расчета годовых Выход солнечной электроэнергии фотоэлектрической системы:
PV-мощность-расчет-базовый.xls

Конечно, чтобы моделировать производство энергии фотоэлектрической системой с большей точностью и получать ежемесячные, ежечасные или мгновенные электрические значения, вы должны использовать перечисленные здесь инструменты и программное обеспечение: Фотоэлектрические программы и калькуляторы.

Вот как можно рассчитать годовой объем солнечной энергии фотоэлектрической системы

Фотогальваническая система предназначена для подачи полезной солнечной энергии с помощью фотогальваники.Это влечет за собой расположение нескольких компонентов, включая солнечные панели, которые поглощают и преобразуют солнечный свет в электричество, солнечный инвертор, который меняет электрический ток с постоянного на переменный, и другие электрические аксессуары, такие как кабель, для создания рабочей системы. При поддержке правительства Индии каждый год устанавливается все больше фотоэлектрических систем. Изучая растущее использование возобновляемых источников энергии, это хороший пример для тех, кто склонен к солнечной энергии и имеет представление о расчетах, связанных с фотоэлектрическими элементами.

В глобальном масштабе формула E = A x r x H x PR используется для оценки электроэнергии, вырабатываемой на выходе фотоэлектрической системы.

E
— энергия (кВтч), A — общая площадь панели (м²), r — выход солнечной панели (%), H — среднегодовое солнечное излучение на наклонных панелях и PR = Коэффициент производительности, постоянный для потерь (диапазон от 0,5 до 0,9, значение по умолчанию = 0,75). r — мощность солнечной панели, определяемая соотношением: электрическая мощность (в кВт) одной солнечной панели, деленная на площадь одной панели

Пример: мощность солнечной панели фотоэлектрического модуля 250 Вт с площадью 1.6 м² составляет 15,6%. Следует отметить, что это номинальное соотношение дано для стандартных условий испытаний (STC): излучение = 1000 Вт / м², температура ячейки = 25 ° C, скорость ветра = 1 м / с, AM = 1,5 Единица номинальной мощности фотоэлектрическая панель в этих условиях называется «пик мощности» (Wp или kWp = 1000 Wp или MWp = 1000000 Wp).

Теперь вам нужно найти глобальное годовое облучение ваших фотоэлектрических панелей с вашим конкретным наклоном (наклон, наклон) и ориентацией (азимутом), чтобы рассчитать H.

PR : оценивает качество фотоэлектрической установки, поскольку дает представление о производительности установки независимо от ориентации и наклона панели.Он включает в себя все потери, которые зависят от размера системы, используемой технологии и сайта.

Генерируемый постоянный ток претерпевает серию потерь, прежде чем он наконец может стать переменным током и использоваться нами.

Пример потерь, который дает значение PR

  • теневые потери
  • Температурные потери
  • Потери в кабелях постоянного тока
  • Потери в кабелях переменного тока
  • Инверторные потери
  • Потери пыли

Выход солнечного элемента: физико-технический процесс

Расследование 1

Работая на улице, в солнечном месте (или в помещении, под лампой накаливания мощностью 100 Вт), установите мультиметр на шкалу постоянного напряжения, чтобы он мог измерять несколько вольт.Используя красный зажим с зажимом, подключите положительный вывод измерителя к положительному выводу солнечного элемента. Затем используйте черный зажим для соединения общей клеммы (COM) измерителя с отрицательной клеммой солнечного элемента (см. Фотографии ниже).

Измерьте напряжение холостого хода ( В, oc, ) на солнечном элементе. Это напряжение, когда через элемент не течет ток. Поскольку через идеальный вольтметр ток не течет, вольтметр измеряет напряжение холостого хода.

Наклоните солнечную батарею на солнце или при свете лампы и обратите внимание на изменение V oc . Например, солнечный элемент, измеренный для показанной ниже установки, имел В oc = 1,2 В при полном солнечном свете.

Расследование 2

Переверните солнечную батарею (см. Фото ниже) и посмотрите, что происходит с показаниями счетчика. В нашей установке показание 0,16 вольт показывает, что происходит, когда на коллекторы почти не попадает свет.

Расследование 3

Снова переверните солнечный элемент лицевой стороной вверх, чтобы свет попадал на него напрямую, и установите измеритель на «Амперы постоянного тока» на шкале, которая будет измерять несколько ампер электрического тока. С помощью красного зажима подключите положительный вывод измерителя к положительному выводу солнечного элемента. Затем с помощью черного зажима подключите общий вывод (COM) измерителя к отрицательному выводу солнечного элемента.(Обратите внимание, что для измерения ампер может быть отдельная клемма. В таком случае вам необходимо переместить входной провод к этой клемме.)

Максимальный ток, который может производить солнечный элемент, возникает, когда провод подключен к клеммам. Это называется током короткого замыкания или I sc . Как и у провода, амперметр имеет очень низкое сопротивление, поэтому будет регистрировать измерение, подобное короткому замыканию.

Обратите внимание на I sc через солнечную батарею.В нашей настройке солнечный элемент измерял I sc = 0,48 ампера при полном солнечном свете (ваши результаты могут отличаться).

Попробуйте наклонить фотоэлемент. Как изменится текущее?

На изображении ниже мы снова показываем соединения на задней панели солнечного элемента.

Расследование 4

Чтобы исследовать двигатель на солнечной энергии, наложите кусок малярной ленты на вал электродвигателя, чтобы он образовал крошечный флажок (см. Фото ниже).Убедитесь, что мотор все еще свободно вращается, закрепив малярную ленту.

Подключите две клеммы солнечного элемента к двум клеммам электродвигателя. (На фотографиях ниже показаны передняя и задняя часть солнечного элемента, чтобы вы могли видеть соединения.) Переверните солнечный элемент лицевой стороной вверх и обратите внимание, как вращается вал двигателя, когда он находится на солнце. Наклоните солнечный элемент, чтобы увеличить скорость двигателя, а затем отклоните его от максимальной ориентации. (Будьте осторожны, чтобы не затенять солнечный элемент, когда вы его держите.Обратите внимание, что скорость двигателя максимальна, когда солнечный элемент ориентирован перпендикулярно линии от солнца к солнечному элементу.

Измерьте напряжение на двигателе, когда он работает на максимальной скорости, подключив измеритель, как вы делали в Исследовании 1, оставив двигатель подключенным. Этот массив соединений называется параллельной схемой (см. Фото ниже).

Затем установите мультиметр на измерение тока и соедините его в одну петлю с двигателем и солнечным элементом (см. Фото ниже).Эта схема называется последовательным подключением счетчика. В нашем эксперименте солнечный элемент и двигатель имели В, = 1,1 вольт и I, = 0,11 ампер.

Расчет мощности солнечного элемента

Мощность солнечного элемента — это произведение напряжения на солнечном элементе на ток, протекающий через солнечный элемент. Вот как рассчитать мощность, которую солнечный элемент подает на двигатель:

Максимальная теоретическая мощность от нашего солнечного элемента, P max , является произведением V oc и I sc .

P макс. = В oc * I sc = 1,2 В * 0,48 A = 0,58 Вт

Фактическая мощность, P фактическая , передаваемая солнечным элементом на двигатель, на практике равна напряжению на двигателе, В, , умноженному на ток через двигатель, I .

P = V * I

Для солнечного элемента и двигателя, которые мы использовали, электрическая мощность, подаваемая на двигатель, составляла

P = 1.1 В * 0,11 А = 0,12 Вт

Рассчитать эффективность солнечного элемента

Эффективность солнечного элемента — это выходная электрическая мощность, деленная на входящую солнечную энергию. Вы можете использовать оценку максимальной теоретической мощности для расчета максимальной теоретической эффективности E солнечного элемента.

Вот как рассчитать эффективность солнечного элемента, используя солнце:

Во-первых, вычислите солнечную энергию, поступающую в солнечный элемент, умножив интенсивность солнца на площадь солнечного элемента.Интенсивность солнечного излучения от Солнца, S i , над данной областью на поверхности Земли составляет приблизительно 1000 Вт / м 2 .

С помощью линейки измерьте активную площадь A солнечного элемента (см. Фото ниже).

Размер ячейки в этом эксперименте составлял 5 см на 5 см.

A = 5 см * 5 см = 25 см 2 = 0,0025 м 2

Солнечная энергия, P s , перехватывается ячейкой такого размера.

P s = S i * A = 1000 Вт / м 2 * 0.0025 м 2 = 2,5 Вт

Максимальный теоретический КПД солнечного элемента E оценивается как

E = P макс / P s = 0,58 Вт / 2,5 Вт = 23%

Фактический КПД солнечного элемента при подаче питания на двигатель был

E = P фактическое / P s = 0.12 Вт / 2,5 Вт = 4,8%

Фотоэлектрические (PV) — электрические расчеты

Фотоэлектрические элементы (иногда называемые солнечными элементами) преобразуют солнечную энергию в электрическую. С каждым годом устанавливается все больше и больше фотоэлектрических систем. С этим растущим приложением для каждого практикующего специалиста будет хорошей идеей иметь представление о расчетах, связанных с фотоэлементами.

Существует огромное количество фотоэлементов, в которых используются различные материалы.На очень простом уровне фотоэлектрические элементы функционируют, используя солнечную энергию для генерации электронно-дырочных пар, которые затем разделяются и протекают во внешней цепи в виде тока. Изучение физики того, как работает нынешнее поколение, не является целью этой заметки, скорее мы рассмотрим электрические расчеты, связанные с фактическим применением реальных систем.

Электрические параметры

Фотоэлементы производятся в виде модулей для использования в установках. Электрически важными параметрами для определения правильной установки и производительности являются:

  • Максимальная мощность — это максимальная выходная мощность фотоэлектрического модуля (см. Кривую IV ниже)
  • Напряжение холостого хода — выходное напряжение фотоэлемента с протекает ток без нагрузки
  • Ток короткого замыкания — ток, который протечет, если выход PV для продажи был закорочен
  • Максимальное напряжение точки питания — уровень напряжения на кривой ВАХ, обеспечивающий максимальную мощность
  • Максимальный ток точки питания — уровень ток на кривой IV, обеспечивающий максимальную мощность.
  • КПД — мера количества солнечной энергии, преобразованной в пиковую электрическую энергию.

Параметры фотоэлементов измеряются при определенных стандартных условиях испытаний (STC).

STC обычно принимается равным 1000 Вт / м 2 , 25 ° C и 1,5 AM (воздушная масса).

Максимальная выходная мощность — это пиковая мощность, которую солнечный элемент может выдавать в STC. Хотя обычно фотоэлектрические установки оценивают на основе этого значения, маловероятно, что эти уровни мощности будут достигнуты на практике.

Список используемых символов см. В конце примечания.

Расчет мощности системы

Пример расчета

120 солнечных модулей, каждый мощностью 250 Вт p и площадью 1.67 м 2 подключены для формирования фотоэлектрической системы. Эффективность системы составляет 0,75, а среднегодовая солнечная радиация составляет 1487 кВтч / м2. Рассчитайте ожидаемое годовое производство энергии. Используя приведенные выше уравнения:

Если коэффициент коррекции ориентации и наклона Солнца равен 1,1, какой будет выходная мощность:

Номинальная максимальная ( кВт p ) мощность солнечной батареи. массив из n модулей, каждый с максимальной мощностью Wp в STC, определяется как:


— пиковая номинальная мощность, исходя из 1 кВт / м 2 излучения в STC

Доступное солнечное излучение ( E ma ) меняется в зависимости от времени года и погодных условий.Однако, исходя из среднегодовой радиации для местоположения и принимая во внимание эффективность ( η ) элемента, мы можем оценить средний выход энергии фотоэлектрической системы:


— средняя энергия, произведенная в год, кВтч

Примечание: E ma дается в таблицах для конкретного местоположения и горизонтальной плоскости.

Для получения ожидаемой солнечной радиации требуются некоторые исследования (Интернет или местные отделы метеорологии).Если вы используете программное обеспечение для выполнения расчетов, эта информация обычно предоставляется как часть программы.

Общий КПД (η) солнечной установки (потери затенения, потери инвертора, потери на отражение, потери температуры и т. Д.) В хорошо спроектированной системе будут находиться в диапазоне от 0,75 до 0,85.

Приведенный выше расчет выполняется на годовой основе, но его можно легко выполнить для любого периода времени (часы, день, месяц и т. Д.), Подставив среднее за период солнечное излучение вместо годового значения.

Для максимальной мощности любое солнечное излучение должно падать на фотоэлектрическую панель под углом 90 °. В зависимости от того, где на поверхности земли, ориентация и наклон для достижения этого различаются. Программное обеспечение обычно используется для расчета этого или использования поправочных коэффициентов из соответствующего местоположения.

Температура

По мере увеличения температуры фотоэлементов выходная мощность падает. Это учитывается в общей эффективности системы (η) за счет использования коэффициента температурного снижения η t и определяется по формуле:

Примечание: температурный коэффициент мощности (ϒ) обычно равен 0 .005 для кристаллического кремния

Эффективность и производительность

Эффективность: измеряет количество солнечной энергии, попадающей на фотоэлектрический элемент, которая преобразуется в электрическую

На измерение эффективности фотоэлектрического элемента влияют несколько факторов, в том числе:

  • длина волны — PV элементы по-разному реагируют на световые волны разной длины, производя электричество разного качества. эффективность ячейки
  • Сопротивление
  • — электрическое сопротивление ячейки создает потери, влияющие на эффективность


Лучшие исследования эффективности ячейки
Источник изображения: Национальная лаборатория возобновляемой энергии
(NREL)

Изготовленные фотоэлементы или модули обычно сортируются с помощью процесса биннинга по разным уровням эффективности.Более эффективные элементы будут иметь большую электрическую мощность и, следовательно, более высокую стоимость.

Благодаря последним достижениям в солнечных технологиях, фотоэлементы начинают приближаться к теоретическому максимальному пределу для полупроводниковых устройств. Изображение сбоку (щелкните, чтобы увеличить версию) показывает достижимый диапазон эффективности для различных технологий ячеек.

В лаборатории эффективность измеряется при стандартных условиях с помощью ВАХ. Кривые ВАХ получают путем изменения внешнего сопротивления от нуля (короткое замыкание) до бесконечности (разомкнутая цепь).На рисунке показана типичная ВАХ.


Фотоэлемент, I-V и кривые мощности

Мощность, отдаваемая фотоэлементом, является произведением напряжения ( В, ) и тока ( I ). Как в условиях разомкнутой, так и в замкнутой цепи подаваемая мощность равна нулю. В какой-то промежуточный момент (около точки изгиба) передаваемая мощность максимальна.

Примечание: максимальная величина тока, которую может выдать фотоэлемент, — это ток короткого замыкания.Учитывая линейность тока в диапазоне напряжений от нуля до максимального напряжения питания, использование тока короткого замыкания для определения размеров кабеля и системы является разумным.

Коэффициент заполнения

Одним из способов измерения производительности солнечного элемента является коэффициент заполнения. Это отношение максимальной мощности к произведению напряжения холостого хода и тока короткого замыкания:

Чем выше коэффициент заполнения, тем лучше.Как правило, коммерческие фотоэлементы имеют коэффициент заполнения более 0,7. Ячейки с коэффициентом меньше этого не рекомендуются для практического применения в крупных проектах по производству электроэнергии.

Отслеживание максимальной точки мощности (MPPT)

Кривая ВАХ фотоэлектрического модуля может быть сгенерирована по эквивалентной схеме (см. Следующий раздел). Неотъемлемой частью создания соединительной кривой I-V является текущий Ipv, генерируемый каждой фотоэлектрической ячейкой.

Ток элемента зависит от количества световой энергии (освещенности), падающей на фотоэлектрический элемент, и температуры элемента.

По мере уменьшения освещенности не только уменьшается мощность, но и точка пиковой мощности перемещается влево. Точно так же, когда температура ячейки увеличивается, выходная мощность снижается, и точка максимальной мощности снова смещается влево.

Поскольку точка максимальной мощности является переменной величиной, зависящей от солнечного излучения и температуры элемента, современные инверторы имеют механизмы для отслеживания этого и всегда обеспечивают максимально возможную мощность от фотоэлектрического элемента. Это называется отслеживанием точки максимальной мощности (MPPT).

Примечание: системы управления , используемые для выполнения MPPT, изменяют операцию вокруг текущей рабочей точки, чтобы увидеть, сместилась ли точка максимальной мощности. Затем они соответствующим образом корректируют рабочие точки.

Схема эквивалента фотоэлементов

Чтобы понять производительность фотоэлектрических модулей и массивов, полезно рассмотреть эквивалентную схему. Обычно используется показанный ниже.


Схема замещения фотоэлектрического модуля

Из эквивалентной схемы мы получаем следующие основные уравнения:

— ток нагрузки в амперах

— напряжение на шунтирующих ветвях

— ток через шунтирующий резистор

ток через диод определяется уравнением Шокли:

и

Объединение приведенных выше уравнений дает характеристическое уравнение фотоэлемента (модуля):

Примечание: характеристические уравнения могут использоваться для определения выходного напряжения и Текущий.К сожалению, представить, что напряжение и ток выглядят такими, как они есть, нет аналитического решения. Обычно для решения уравнения используются численные методы.

При установленных пределах легко использовать уравнение для определения напряжения холостого хода и тока короткого замыкания. В условиях разомкнутой цепи I = 0, и уравнение сводится к:

Обычно R sh является высоким по сравнению с напряжением холостого хода, и последним членом можно пренебречь.Пренебрежение термином и перестановка уравнения дает:

Аналогично для тока короткого замыкания мы можем установить выходное напряжение равным нулю, давая:

Предположение, что R sh много выше, чем Rs , и что I o мало по сравнению с I . При этих предположениях последними двумя членами можно пренебречь, давая:

Последовательное сопротивление ( Rs ), сопротивление шунта ( R sh ) и напряжение обратного насыщения ( I o ) зависят от площади фотоэлемента.Как правило, чем больше ячейка, тем больше будет I o (большая площадь диодного перехода) и нижняя часть R s и R sh .

Характеристическое уравнение можно использовать для оценки влияния различных параметров на работу фотоэлемента или модуля:

  • температура ( T ) — влияет на ячейку, будучи частью экспоненциального члена и значения обратного напряжения насыщения.По мере увеличения температуры, в то время как экспонента будет уменьшаться, обратное напряжение насыщения будет расти экспоненциально. Следующим эффектом является снижение напряжения холостого хода ячейки. Обычно напряжение снижается на 0,35–0,5% на каждый градус повышения температуры.
  • последовательное сопротивление ( R s ) — увеличение имеет аналогичный эффект с температурой, так как напряжение холостого хода начинает падать. Очень высокие значения Rs дополнительно уменьшат доступный ток короткого замыкания.
  • сопротивление шунта ( R sh ) — уменьшение обеспечивает больший путь для тока шунта, снова понижая напряжение элемента.

Список символов

Общие символы
I mpp — ток при максимальной мощности, А
I sc — ток короткого замыкания, А
U oc — напряжение холостого хода, В
U mpp — напряжение при максимальной мощности, В

PV Systems
E ma — среднегодовая солнечная радиация, кВт · ч / м 2
E p — расчетная пиковая энергия, кВтч
кВт p — номинальная пиковая энергия, кВт
n — количество модулей
η т — температурный коэффициент снижения номинальных характеристик
P max — максимальная мощность , W
T c — температура фотоэлемента, К
T stc — температура STC, 25 ° C, K
W p — пиковая энергия одиночного модуля, Вт
η — КПД системы
ϒ — температурный коэффициент мощности, ° C -1
Эквивалентная цепь
I — ток через нагрузку, A
I d — ток через диод, A
I pv — ток, генерируемый PV, A
I sh — ток через шунтирующий резистор, A
R s — последовательное сопротивление эквивалентной цепи, Ом
R sh — сопротивление шунта эквивалентной цепи, Ом
U — приложенное напряжение к нагрузке, В
U sh — шунтирующее напряжение, В

Shockley’s Диодное уравнение
I o — обратный ток насыщения, В
k — постоянная Больцмана
== (1.3806488 × 10 −23 ), JK -1
n — коэффициент линейности (1 для идеального диода)
q — элементарный заряд
= (1.602176565 × 10 −19 ), C
T — абсолютная температура pn перехода, К
В T — тепловое напряжение, В

См. Также

Расчет и проектирование солнечных фотоэлектрических модулей и массива

Определение количества ячеек в модуле, Измерение параметров модуля и расчет тока короткого замыкания, напряжения холостого хода и характеристик VI солнечного модуля и массива

Что такое солнечный фотоэлектрический модуль?

Мощность, необходимая для наших ежедневных нагрузок, колеблется в пределах нескольких ватт, а иногда и киловатт.Один солнечный элемент не может производить достаточно энергии для удовлетворения такой потребности в нагрузке, он вряд ли может производить мощность в диапазоне от 0,1 до 3 Вт в зависимости от площади элемента. В случае подключенных к сети и промышленных электростанций нам требуется мощность в диапазоне мегаватт или даже гигаватт.

Таким образом, одна фотоэлектрическая ячейка не может удовлетворить такие высокие требования. Итак, чтобы удовлетворить эти высокие требования, солнечные элементы скомпонованы и электрически соединены. Такое соединение и расположение солнечных элементов называют фотоэлектрическими модулями.Эти фотоэлектрические модули позволяют удовлетворить больший спрос, чем может удовлетворить одна ячейка.

Когда солнечное излучение падает на один солнечный элемент, на его двух выводах, аноде и катоде, создается потенциал (т. Е. Анод является положительным выводом, а катод — отрицательным выводом). Для увеличения потенциала на требуемую мощность N-количество ячеек соединено последовательно. Отрицательный вывод одной ячейки подключается к положительной клемме другой ячейки, как показано на рисунке ниже.

Когда мы соединяем последовательно N солнечных элементов, мы получаем две клеммы, и напряжение на этих двух клеммах является суммой напряжений последовательно соединенных элементов. Например, если напряжение одной ячейки составляет 0,3 В и 10 таких элементов подключены последовательно, то общее напряжение на цепочке будет 0,3 В × 10 = 3 Вольт.

Если 40 ячеек по 0,6 В соединены последовательно, то общее напряжение будет 0,6 В × 40 = 24 В. Важно отметить, что при последовательном соединении ячеек напряжение добавляется, а ток остается неизменным.

Аналогично, когда ячейки соединены параллельно, добавляется ток отдельных ячеек. Вывод анода одной ячейки подключается к клемме анода следующей ячейки, и аналогично клемма катода подключается к клемме катода следующей ячейки, как показано на рисунке 2.

В отличие от последовательного соединения, общее напряжение строка при параллельном подключении остается без изменений. Например, если элемент имеет токоподъемность 2 А и 5 таких солнечных элементов подключены параллельно.Тогда общая токоподъемность элемента будет 2 A × 5 = 10 A.

Параметры фотоэлектрического модуля указаны производителями в стандартных условиях испытаний (STC), т.е. температура 25 ° C и излучение 1000 Вт / м 2 . В большинстве случаев и в разных местах условия, указанные в STC, не выполняются. Это происходит из-за того, что солнечное излучение всегда меньше 1000 Вт / м 2 , а рабочая температура элемента выше 25 ° C, эта неопределенность приводит к снижению выходной мощности фотоэлектрического модуля.

Как мы обсуждали ранее, фотоэлектрический модуль состоит из нескольких солнечных элементов, поэтому его параметры и факторы, влияющие на выработку электроэнергии, аналогичны параметрам солнечного элемента, которые мы уже рассмотрели в нашей предыдущей статье. Так что мы не будем здесь больше касаться этой части.

Определение количества ячеек в модуле

Одним из основных требований фотоэлектрического модуля является обеспечение достаточного напряжения для зарядки аккумуляторов с различными уровнями напряжения при ежедневном солнечном излучении.Это означает, что напряжение модуля должно быть выше для зарядки аккумуляторов при низкой солнечной радиации и высоких температурах.

Фотоэлектрические модули предназначены для обеспечения напряжений, кратных уровню заряда батареи 12 В, то есть 12 В, 24 В, 36 В, 48 В и т. Д. Для зарядки батареи 12 В через фотоэлектрический модуль нам понадобится модуль с V M на 15 В, а для батареи 24 В нам понадобится модуль с V M на 30 В и так далее. Другие устройства, используемые в фотоэлектрической системе, сделаны совместимыми для работы с уровнем напряжения батареи.

Для обеспечения необходимого уровня напряжения необходимо последовательно соединить элементы. В зависимости от различных технологий, используемых в фотоэлектрической ячейке, количество элементов, которые необходимо соединить последовательно, будет отличаться. Количество элементов, которые должны быть соединены последовательно, зависит от напряжения в точке максимальной мощности, то есть V M отдельного элемента и падения напряжения, которое возникает из-за повышения температуры элемента выше STC.

Пример:

Давайте разберемся с этим на примере: фотоэлектрический модуль должен быть спроектирован с солнечными элементами для зарядки батареи 12 В.Напряжение холостого хода V OC элемента составляет 0,89 В, а напряжение в точке максимальной мощности V M составляет 0,79 В.

Рабочая температура элементов составляет 60 ° C, и наблюдается снижение напряжения на 2 мВ. для повышения температуры на градус Цельсия. Сколько ячеек необходимо последовательно соединить для зарядки аккумулятора?

Шаг 1: Найдите напряжение при максимальной мощности В M = 0,79 В .

Если V M не указан, тогда принимайте V M как 80-85% от V OC .

Шаг 2: Найдите потерю напряжения при рабочей температуре, то есть при 60 ° C.

Повышение температуры выше STC = Рабочая температура — Температура на STC.

Повышение температуры выше STC = 60 ° C — 25 ° C = 35 ° C

Следовательно, потеря напряжения из-за повышения температуры выше STC:

Потеря напряжения = 35 ° C × 0,002 В = 0,07 В

Шаг 3 : Определение напряжения в рабочем состоянии.

Напряжение в рабочем состоянии = Напряжение на STC (V M ) — потеря напряжения из-за повышения температуры выше STC.

Следовательно, напряжение в рабочем состоянии = 0,79 В — 0,07 В = 0,72 В

Шаг 4: Определите необходимое напряжение фотоэлектрического модуля для зарядки аккумулятора.

Чтобы зарядить аккумулятор на 12 В, нам необходимо, чтобы напряжение на модуле было около 15 В.

Шаг 5: Определите количество ячеек , которые будут подключены последовательно.

Количество последовательно соединенных ячеек = напряжение фотоэлектрического модуля / напряжение в рабочем состоянии.

Количество последовательно соединенных ячеек = 15 В / 0,72 В = 20,83 или около 21 элемент

Таким образом, нам понадобится 21 последовательно соединенный элемент для зарядки аккумулятора 12 В . Важно отметить, что для разных технологий солнечных элементов нам потребуется разное количество последовательно соединенных элементов для одного и того же выходного напряжения. Фактическая фотография фотоэлектрического модуля, состоящего из N-числа электрически связанных ячеек, показана на рисунке 3 ниже.

Связанные сообщения:

Параметры измерительного модуля

Для измерения параметров модуля , таких как V OC , I SC , V M, и I M , нам нужны вольтметры и амперметр или мультиметр , реостат и соединительные провода.

Измерение напряжения холостого хода (V OC ):

При измерении V OC , две клеммы модуля должны быть подключены без нагрузки.Чтобы найти напряжение холостого хода фотоэлектрического модуля с помощью мультимера , выполните следующие простые шаги.

  • Установите ручку мультиметра на измерение постоянного напряжения и выберите диапазон для измерения напряжения соответственно, т.е. 6 В, 12 В, 24 В и т. Д.
  • Убедитесь, что один датчик подключен к COM-порту мультиметра, а другой к порту измерения напряжения.
  • После выбора режима и диапазона подключите щупы мультиметра к двум клеммам фотоэлектрического модуля и наблюдайте за показаниями на дисплее.
  • Убедитесь, что положительный датчик (порт измерения напряжения) подключен к положительной клемме, а отрицательный датчик (порт COM) — к отрицательной клемме. Если датчики подключены наоборот, показание будет отрицательным.
  • На дисплее мультиметра отображается напряжение холостого хода V OC фотоэлектрического модуля.

Связанное сообщение:

Измерение тока короткого замыкания (I SC ):

При измерении I SC , две клеммы модуля должны быть подключены без нагрузки.

Чтобы найти ток короткого замыкания фотоэлектрического модуля с помощью мультимера , выполните следующие простые шаги.

  • Установите ручку мультиметра на измерение тока и выберите диапазон для измерения тока соответственно, т.е. обычно от 0,1 до 10 А.
  • Убедитесь, что один датчик подключен к COM-порту мультиметра, а другой — к порту измерения тока.
  • После выбора режима и диапазона подключите щупы мультиметра к двум клеммам фотоэлектрического модуля и наблюдайте за показаниями на дисплее.
  • Убедитесь, что положительный датчик подключен к положительной клемме (порт измерения тока), а отрицательный датчик (порт COM) — к отрицательной клемме. Если датчики подключены наоборот, показание будет отрицательным.
  • На дисплее мультиметра отображается ток короткого замыкания I SC фотоэлектрического модуля.

Связанные сообщения:

Измерение кривой ВАХ:

Для измерения кривой ВАХ фотоэлектрический модуль должен быть подключен последовательно с переменным резистором, как показано на рисунке ниже.

Отрицательная клемма модуля подключается к положительной клемме амперметра, а вольтметр напрямую подключается к фотоэлектрическому модулю, как показано на рисунке 4.

Если по незнанию подключения выполнены наоборот, то полученное значение будет имеют отрицательный знак, повторно подключите счетчики для получения правильных значений. После этого отрегулируйте переменный резистор (реостат) с одной стороны так, чтобы напряжение было максимальным, а ток — минимальным.

Запишите значения тока и напряжения в этом положении реостата. Теперь медленно сдвиньте реостат на другую сторону и записывайте показания для каждой регулировки ползуна, пока реостат полностью не закорочится. Рассчитайте мощность для каждого значения напряжения и тока, используя приведенное ниже уравнение.

P = V × I

Таким образом, используя эти измеренные значения, можно получить все остальные параметры фотоэлектрического модуля.

Похожие сообщения:

Модули с большей мощностью

Одной из наиболее распространенных на рынке ячеек является технология «Ячейки из кристаллического кремния».Эти ячейки доступны с площадью 12,5 × 12,5 см 2 и 15 × 15 см 2 . Трудно найти элемент за пределами этой области на рынке, большинство более крупных солнечных электростанций используют модули с этой областью ячеек.

Но насколько более высокую мощность, таким образом, может обеспечить этот модуль, и как получить более высокую мощность на каждый модуль? Типичный фотоэлектрический модуль имеет напряжение V M на 15 В для зарядки аккумулятора на 12 В. Для получения этого напряжения от 32 до 36 элементов подключаются последовательно в зависимости от их рабочей температуры и пикового напряжения V M отдельного элемента. .

Ток, производимый ячейками, зависит от площади, количества падающего на нее света, угла падения света и плотности тока. Кристаллический кремниевый элемент имеет плотность тока J SC в диапазоне от 30 мА / см 2 до 35 мА / см 2 .

Возьмем для нашего примера плотность тока 30 мА / см 2 . Тогда ток короткого замыкания для площади 12,5 × 12,5 см 2 можно рассчитать как;

I SC = J SC × Площадь = 30 мА / см 2 × 12.5 × 12,5 см 2 = 4,68 A

Аналогично, для 15 × 15 см 2 ток короткого замыкания рассчитывается как;

I SC = J SC × Площадь = 30 мА / см 2 × 15 × 15 см 2 = 6,75 A

Для большинства производителей I M составляет от 90 до 95% Я SC . В нашем примере возьмем I M как 95% от I SC .

I M = 0,95 × I SC

Затем I M для площади 12.5 × 12,5 см 2 можно рассчитать как;

I M = 0,95 × 4,68 A = 4,446 A

Аналогично, для 15 × 15 см 2 I M рассчитывается как;

I M = 0,95 × 6,75 A = 6,412 A

Теперь мы можем определить максимальную пиковую мощность для этих двух ячеек;

P M = V M × I M

P M = 15 V × 4,446 A = 66,69 Вт (для площади 12,5 × 12,5 см 2 )

P M = 15 В × 6.412 A = 96,18 Вт (для площади 15 × 15 см 2 )

Следовательно, используя наилучшую доступную технологию ячеек с площадью 12,5 × 12,5 и 15 × 15 см 2 , мы получаем выходную мощность 66,69 Вт и 96,18 Вт соответственно (учитывая, что I M составляет 95% от I SC и плотность тока 30 мА / см 2 ).

Чтобы увеличить напряжение и ток модуля, большее количество ячеек должно быть подключено последовательно и параллельно, соответственно, это увеличит общую мощность модуля больше, чем мы рассчитали.

Похожие сообщения:

Пример:

Теперь для лучшего понимания давайте спроектируем фотоэлектрический модуль, который может обеспечить напряжение при максимальной мощности V M 45 В при рабочей температуре STC и 33,5 В при рабочей температуре 60 ° C. Мы будем использовать элементы с напряжением холостого хода V OC , равным 0,64 В, с уменьшением на 0,004 В V M на каждый градус повышения температуры.

Шаг 1: Найдите напряжение в точке максимальной мощности V M .

Если V M не указан, тогда возьмем V M как 80-85% от V OC

Предположим, что V M = 0,85 × V OC = 0,85 × 0,64 V = 0,544 В.

Шаг 2: Найдите потерю напряжения при рабочей температуре, т. Е. При 60 o C.

Повышение температуры выше STC = Рабочая температура — Температура при STC.

Повышение температуры выше STC = 60 ° C — 25 ° C = 35 ° C

Следовательно, потеря напряжения из-за повышения температуры выше STC = 35 ° C × 0.004 В = 0,14 В

Шаг 3: Определение напряжения в рабочем состоянии

Напряжение в рабочем состоянии = Напряжение на STC (V M ) — потеря напряжения из-за повышения температуры выше STC.

Следовательно, напряжение в рабочем состоянии = 0,544 В — 0,14 В = 0,404 В

Шаг 4: Определите необходимое напряжение фотоэлектрического модуля

нам нужно, чтобы напряжение модуля было около 33,5 В.

Шаг 5: Определите количество ячеек, которые будут подключены последовательно.

Количество последовательно соединенных ячеек = напряжение фотоэлектрического модуля / напряжение в рабочем состоянии.

Количество последовательно соединенных ячеек = 33,5 В / 0,404 В = 82,92 или около 83 ячеек.

Теперь давайте посчитаем, сколько мощности эти 83 элемента могут выдать в режиме STC, имея V M = 45 В, и возьмем те же значения тока для двух ячеек из предыдущего примера.

I M = 4,446 A (для площади 12,5 × 12,5 см 2 )

I M = 6,412 A (для площади 15 × 15 см 2 )

Теперь мы можем определить максимальная пиковая мощность этих двух ячеек при напряжении 45 В;

P M = V M × I M

P M = 45 V × 4.446 A = 200,07 Вт (для площади 12,5 × 12,5 см 2 )

P M = 45 В × 6,412 A = 288,54 Вт (для площади 15 × 15 см 2 )

Таким образом, в соответствии с требованиями большой мощности такие элементы с большей площадью подключаются последовательно и параллельно, образуя фотоэлектрический модуль. Кроме того, эти фотоэлектрические модули могут быть соединены последовательно и параллельно, чтобы сформировать фотоэлектрическую матрицу, которая генерирует мощность в МВт.

Связанные сообщения:

Блокирующие и байпасные диоды
Обходной диод

Все элементы, соединенные последовательно в фотоэлектрическом модуле, идентичны, все они производят ток, когда на них падает свет.Но если один из солнечных элементов затеняется каким-либо объектом, свет, падающий на него, прерывается, и он производит меньший ток или почти не производит тока из-за этого прерывания света, падающего на элемент.

Эта ячейка теперь будет действовать как стойкая к текущему течению в последовательной цепочке ячеек. Он будет действовать как нагрузка, и мощность, генерируемая другими ячейками, будет рассеиваться в затемненной ячейке, вызывая повышение температуры ячейки и образование горячей точки. Это может даже привести к разбиванию стекла модуля, возгоранию и несчастным случаям в системе.

Байпасные диоды используются для предотвращения таких катастроф в нашей спроектированной системе. Как показано на рисунке 5, байпасный диод подключен параллельно солнечному элементу с противоположной полярностью.

В нормальных условиях без затенения обходной диод имеет обратное смещение, действуя как разомкнутая цепь. Но если затенение происходит в последовательно соединенной цепочке ячеек, затененная ячейка будет иметь обратное смещение, и это будет действовать как прямое смещение для обходного диода, поскольку он подключен с противоположной полярностью к солнечному элементу.

Теперь байпасный диод этой затемненной ячейки будет пропускать ток через нее, а не через затемненную ячейку. Таким образом, диод в обход ячейки предотвращает повреждение, вызванное перегревом, отсюда и название байпасный диод. В идеале в модуле должен быть один диод на каждый солнечный элемент, но на практике, чтобы сделать модуль экономически эффективным, один байпасный диод подключается к последовательной комбинации из 10-15 элементов.

Связанные сообщения:

Блокирующий диод

В автономной системе модули используются для подачи питания на нагрузку и зарядки аккумулятора.Ночью, когда нет солнечного света, модуль не производит энергии, и заряжаемые батареи начинают подавать питание на нагрузку и фотоэлектрический модуль. Источники питания фотоэлектрического модуля — потеря мощности. Чтобы избежать потерь, установлен диод, блокирующий прохождение тока от батареи к фотоэлектрическому модулю. Таким образом, благодаря этому диоду можно избежать потери мощности, блокируя прохождение тока от батареи к модулю.

Связанное сообщение:

Серия

, параллельное и последовательно-параллельное соединение солнечных панелей и массива

Мы уже очень хорошо объяснили эту тему в нашем предыдущем сообщении, обозначенном как Серия , параллельное и последовательно-параллельное соединение Панели PV .Вы сможете подключить к солнечным модулям строки и последовательный массив, параллельный массив или комбинацию последовательного и параллельного ряда и массивов.

Добавить комментарий