Как определить мощность солнечных панелей

Расчет солнечной батареи и аккумуляторов, комплекта солнечной электростанции

Очень часто при обращении за подбором оборудования или при выборе солнечной электростанции клиенты задают вопрос: Как рассчитать мощность и количество солнечных батарей и аккумуляторов и какой мощности выбрать солнечную электростанцию. В этой статье мы попробуем разобраться с этим вопросом, и я постараюсь простым языком, без углубления в детали объяснить как это сделать.

В первую очередь нужно узнать сколько электроэнергии вы потребляете в сутки, это можно сделать взяв средние ежемесячные показания счетчика электроэнергии и разделить на 30 дней. Так мы получим среднее потребление в сутки. Например соц норма в РО на двух чел составляет 234кВт, что около 8кВт.ч электроэнергии в сутки. Соответственно нам необходимо чтобы солнечные батареи вырабатывали такое же количество энергии в день.

Расчет количества солнечных батарей и их мощности

Так как солнечные панели вырабатывают электрическую энергию только в светлое время суток, то это необходимо учесть в первую очередь, так же стоит понимать, что выработка в пасмурные дни и зимой очень сильно снижается, и может составлять 10-30 процентов от мощности панелей. Для простоты и удобства мы будем делать расчет с апреля по октябрь, по времени суток основная выработка идет с 9 до 17 часов, т.е. 7-8 часов в день. В летнее время интервалы конечно будут больше, с восхода до заката, но в эти часы выработка будет значительно меньше номинала, поэтому мы усредняем.

Итак 4 солнечные батареи мощностью 250Вт. (всего 1000Вт). За день выработают 8кВт.ч энергии, т.е. в месяц это 240кВт.ч. Но это идеальный расчет, как мы говорили выше, в пасмурные дни выработка будет меньше, поэтому можно лучше взять 70% от выработки, 240 * 0,7 = 168 кВт.ч. Это усредненный расчет без потерь в инверторе и аккумуляторных батареях. Так же это значение можно применить для рассчета сетевой солнечной электростанции где не используются аккумуляторные батареи.

Расчет аккумуляторов для солнечной электростанции

Далее перейдем к расчёту ёмкости аккумуляторной батареи для солнечных панелей. Их количестов и емкость должна быть такой, чтобы энергии которая в них запасается хватило на темное время суток, стоит учесть что ночью потребление электроэнергии минимально, по сравнению с дневной активностью.

Аккумулятор на 100А.ч. запасает примерно 100А * 12В = 1200Вт. (лампочка на 100Вт. проработает от такого акб 12 часов). Так если за ночь вы потребляете 2,4кВт.ч. электричества, то вам необходимо установить 2 АКБ по 100А.ч. (12В), но тут стоит учитывать что аккумуляторы нежелательно разряжать на 100%, а лучше не более 70%-50%. Исходя из этого получаем, что 2 АКБ по 100А.ч. будут запасать 2400 * 0,7 = 1700Вт.ч. Это верно при разряде не большими токами, при подключении мощных потребителей происходит просадка напряжения и емкость по факту уменьшается.

Если вы хотите рассчитать, какая емкость аккумулятора нужна к солнечной батари, ниже приводим таблицу соответствия (для системы 12В.):

Мощность инвертора и потери в нем

Теперь что касается инвертора, он тоже имеет свой КПД а это порядка 75-90%, т.е. все полученные величины выработки энергии и запаса можно относить к этим процентам. В итоге лучше брать двойной запас емкости для аккумуляторов, Так при потреблении 2400Вт.ч за ночь, устанавливать 4 АКБ емкостью 100А.ч. 100А*12В*4 = 4800Вт.ч. Мощность инвертора показывает номинальную нагрузку которую можно подключить к нему, т.е количество и тип бытовых приборов.

1. Солнечные батареи 4шт. по 250Вт. Выработка в месяц 170 -240кВт.ч (36тыс.руб.)
2. АКБ по 100А.ч. 4 шт. запас до 4800 Вт. (AGM аккумуляторы 50тыс.руб.)
3. Инвертор 2,4кВт номинальная мощность подключаемого оборудования (27тыс.)

Итого 113 тыс. руб. за комплект оборудования.

Мощность бытовых приборов, потребление электроэнергии

Теперь что касается потребителей и их мощности, приведем основные из них:

• Телевизор Led – 50-150Вт.
• Холодильник класса А – 100-300Вт. (только во время работы компрессора)
• Ноутбук – 20-50Вт
• Лампа энергосберегающая – 30Вт, Светодиодная 3-9Вт
• Котел настенный (электроника + встроенный насос) – 70-130Вт.
• Роутер – 10-20Вт.
• Кондиционер 9 – 700-900Вт.
• Эл. Чайник – 1500Вт.
• Микроволновка – 500-700Вт.
• Стиральная машина – 600 – 900Вт.
• Видеорегистратор + 4 камеры – 30-50Вт.

Все мощности указаны в час работы прибора, стоит учитывать, что большинство приборов работают непродолжительное время, чайник подогрев – 5мин, холодильник включается раз в 2-3 часа на час для поддержания темп. Насос котла тоже работает по мере поддержания температуры теплоносителя. Так же можно рассчитать и другие приборы по этому принципу.

Как произвести расчет солнечных панелей

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

Формула расчета реальной мощности панели

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

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

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

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

Читайте также: Поликристаллические или монокристаллические солнечные батареи

Особенности используемых в формуле показателей

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

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

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

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

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

Читайте также: Изготовление солнечной батареи

Ко берут из специальной таблицы, в которой разной величине угла наклона и угла отклонения от южного направления соответствует определенный коэффициент. Такую таблицу могут предоставить производители.

Определение потерь электроэнергии в домашней системе

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

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

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

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

Пример расчета мощности солнечной панели

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

Значения используемых показателей являются такими:

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

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

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

Расчет количества солнечных батарей

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

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

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

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

Как рассчитать мощность солнечных батарей?

Люди находятся в постоянном поиске новых источников энергии. Одним из последних изобретений в данной сфере стали солнечные батареи. Использовать энергию солнца учёные мечтали давно, но только с появлением передовых технологий в XX веке стало возможным воплотить эту мечту в жизнь. Солнечные батареи уже давно активно внедряются в энергетические системы многих стран, особенно в местах с жарким климатом, где солнце светит почти круглый год. Но даже там установки, работающие на его энергии, пока не могут конкурировать с традиционными электростанциями.

Почему это происходит? Прежде всего потому, что установки на фотоэлементах, преобразующих солнечный свет и тепло в электричество, оказались настолько дорогими, что выработка электроэнергии таким путём просто не окупала затрат на их изготовление, монтаж и обслуживание. Поэтому давно применяемые в таких наукоёмких областях как, скажем, космонавтика, в быту солнечные батареи пробивали свой путь к массовому потребителю долго и трудно. Сначала дома, использующие электроэнергию, получаемую от солнца, были исключительно экспериментальными проектами. И лишь в последнее время строения с установленными на крышах солнечными панелями перестали восприниматься окружающими, как нечто экзотическое, а интерес к этому альтернативному источнику энергии среди домовладельцев начал приобретать относительно массовый характер.

Проникновение в быт обычных людей солнечных батареек начиналось с мелочей – часов, игрушек, калькуляторов, маленьких осветительных приборов. Именно освещение – первая сфера, где солнечная батарея стала применяться массово. Сегодня же на рынке существует масса предложений самых разнообразных систем для установки на крышах частных домов, которые технически вполне способны заменить хозяевам традиционное электроснабжение. Но по-прежнему актуальным остаётся вопрос цены и, конечно же, непредсказуемости погоды в северных широтах.

Для чего нужны расчёты?

Конструкция современных солнечных панелей уже настолько проста, что их установка может производиться самим владельцем дома, внимательно изучившим все инструкции и рекомендации по данному вопросу. Можно пригласить и профессионалов, которые сделают работу более качественно и быстро. Кстати, солнечные батареи устанавливают и некоторые владельцы городских квартир у себя на балконах и лоджиях. Но это всё-таки пока исключения.

В любом случае, хозяин должен решить вопрос, что, как и в каком количестве нужно установить на крыше для получения электроэнергии, достаточной для работы в доме электроприборов, то есть для полноценного функционирования автономной системы электрообеспечения. А для этого нужно понять несколько вещей:

• Будет ли установка работать круглый год или только летом?
• Какие именно приборы и аппаратура в доме будут работать на солнечных батареях?
• Что ещё придётся приобрести из дополнительного оборудования? Желательно составить полный список, так как кроме собственно солнечных панелей вам потребуется целый набор устройств, необходимых для нормального функционирования системы (аккумуляторов, инвертора, контроллера). От их качества также во многом будет зависеть эффективность её работы. Поэтому внимательно выбирать придётся и их.
• Какие средствами вы располагаете? По окончании расчётов должно стать понятно, имеет ли смысл монтировать у себя дома полностью автономную солнечную электростанцию, или лучше использовать солнечные батареи для отдельных нужд частично и только в солнечные дни.

Ответив на эти вопросы, можно приступать к расчётам.

Как рассчитывается потребление электроэнергии в доме?

Главная цель расчётов – выяснить, какое количество солнечных панелей необходимо конкретно вашему дому. При этом, если мощность солнечной панели указана производителем, то потребности вашего домохозяйства и реальное количество электроэнергии, которое способна дать одна такая панель в сутки необходимо рассчитывать самостоятельно.

Если начать с домовладения, сразу возникает вопрос: как считать? Тут есть два варианта, зависящие от наличия у вас электрического счётчика:

• Если у вас есть счётчик, и вы ежемесячно снимаете с него показания, то высчитать ежедневное потребление электроэнергии просто. Надо разделить месячный показатель на количество дней. Потребляемая энергия исчисляется в кВт•час. Например, в месяц вы расходуете 90кВт•ч. Эту цифру надо разделить на 30, и получится дневной расход – 3кВт•ч.
• Второй вариант более сложный. Если вы по какой-либо причине не платите за электричество (например, в новый дом его ещё не подвели), то для подсчёта вам понадобится составить полный список всех имеющихся у вас электрических приборов, выяснить потребляемую каждым за день энергию и, сложив всё вместе, получить необходимый результат. То есть нужно взять мощность потребляющего электроэнергию прибора (она, как правило, указана производителем), и умножить на количество часов, в течение которых этот прибор будет работать. Например, стандартная лампа накаливания имеет мощность 100Вт., а работать она у вас будет предположительно 6 часов в сутки. Значит, для вычисления расхода электричества следует 100 умножить на 6. Получается 600Вт•ч. Таких ламп у вас три, и все работают в одинаковом режиме. Значит, дневной расход одной лампы надо умножить на 3. Получится 1800Вт•ч. Подобным образом рассчитывается расход электроэнергии всеми потребляющими единицами в доме.

Сколько энергии может дать в день одна солнечная панель?

Рассчитать, сколько может дать в сутки одна солнечная панель сложнее. Сразу следует подчеркнуть, что расчёт здесь будет достаточно приблизительный, так как источник (в данном случае – солнце) непостоянный. Здесь приходится учитывать несколько факторов:

• заводская мощность панели;
• уровень инсоляции в вашей местности в течение года;
• планируемые потери в процессе работы батареи.

С максимальной заводской мощностью всё понятно – она указана в паспорте изделия. Но это совсем не значит, что на практике солнечная панель будет работать именно с такой мощностью. Реальный выход энергии зависит от уровня инсоляции — количества света, которое панель сможет получить в течение года (а в разных регионах оно очень разное), и всех предстоящих утечек электроэнергии (например, при зарядке/разрядке аккумуляторов, работе контроллера и т.д.). На эффективность батареи влияет также правильность установки панели, возможность менять её наклон, чистота фотоэлементов (панели надо регулярно чистить от снега, пыли и грязи).

Итак, мощность солнечной батареи летом и зимой – это две разные величины. Вычисляются они следующим образом:

• Заводская мощность панели (они могут быть разные) умножается на средний месячный уровень инсоляции по нужному региону летом (берётся верхний показатель). Затем всё это умножается на поправочный коэффициент для лета, равный 0,5. Полученная цифра будет означать реальную мощность солнечной батареи летом.
• Заводскую мощность панели умножить на средний месячный уровень инсоляции для данного региона в самый тёмный месяц зимы и затем умножить всё на поправочный коэффициент для зимы, равный 0,7. Полученная цифра будет означать реальную мощность батареи зимой.

Разница между зимней и летней мощностью солнечной батареи может быть в регионах с умеренным климатом раз в 5-6. Выяснив реальную мощность батареи, следует возвратиться к расходу электроэнергии. Для этого к рассчитанному ранее показателю по дому нужно добавить размеры потерь от работы самой солнечной установки (главным образом, аккумуляторов). Например, если такие потери составляют 25%, то расход по дому следует умножить на 1,25. Получится реальный расход электроэнергии при работе всех приборов в доме и самой солнечной батареи.

И в завершении остаётся выяснить, сколько панелей потребуется для обеспечения вашего дома электричеством. Их количество выйдет разным зимой и летом. Для этого надо разделить общее число расходуемой в доме энергии (включая перерасход аккумуляторов) на мощность батареи. При делении на зимнюю мощность, получится количество панелей, необходимых зимой. При делении на летнюю мощность — летом. Надо отметить, что разница тоже будет примерно в 5 раз. Теперь, зная стоимость и необходимое количество панелей, можно подсчитать, насколько выгодна их установка в вашем доме.

Как измерить мощность солнечной батареи: рекомендации

На данный момент рынок солнечных батарей представляет широкий выбор производителей с большим ассортиментом панелей и комплектующих. Но у людей, которые желают приобрести для своего пользования необходимое оборудование, самым первым вопросом является как можно измерять мощность и эффективность солнечных батарей. Для этого существует несколько методов, каждый из которых имеет свои возможности.

Главные характеристики солнечных батареи

• производительная мощность панели (зависит от размера и материла);
• состояние аккумулятора (уровень его заряда, изношенность, объём);
• качество соединительных элементов (их сопротивление);
• позиция панелей к солнцу; погодные и сезонные условия.

Таким образом, мощность солнечной батареи — это итоговый результат комплексного взаимодействия всех этих факторов. Их учёт сможет не только подобрать необходимую вам мощность, но и в большинстве случаев найти оптимальный вариант, который поможет снизить расходы на комплектующие.

Способы измерения мощности

Большинство компаний чаще всего предоставляют своим клиентам солнечные станции «под ключ» с уже рассчитанной мощностью и ценой. Но всё же рекомендуется самостоятельно убедиться в достоверности данной информации. Существует несколько подходов к определению мощности, их можно разбить на две основные категории:

• теоретические;
• практические.

Теоретический подход — это сбор доступной информации о комплектующих, её сопоставление и расчёт. На сайте компании вы можете узнать заводскую мощность панелей, ёмкость аккумулятора, сопоставить это с вашим средним потреблением электроэнергии и в итоге рассчитать сколько панелей вам будет необходимо.

Например, комплект солнечных батареи мощностью 250 Вт и напряжением 12 В сможет обеспечить энергопотребление хозяйства 200 Вт/час. При условии активной нагрузки 6 часов в день и ёмкости электрического аккумулятора 16,7А/ч, который не рекомендуется разряжать ниже 75%.

Такой подход требует опыта и выдержки, так как придётся работать с математическими формулами и учитывать все важные показатели.

Практические методы проще, но требуют наличия специального оборудования. При этому, у вас должен быть доступ к батареям, которые вы собираетесь протестировать.

Метод первый

В солнечный день (весной или летом) необходимо расположить панель так, чтобы лучи максимально покрывали её площадь. Оптимальный вариант проводить тестирование в полдень — когда солнце находится на пике своего зенита.

Далее стоит взять два прибора — вольтметр и амперметр. Подключая эти приборы к разъёмам батареи, вы должны получить два значения: Voc — напряжения холостого хода (вольтметром) и Isc — ток короткого замыкания (амперметром). Зафиксировав показания, далее в документации к панели стоит узнать значение отношения базовой мощности к произведению напряжению холостого хода и тока короткого замыкания.

Допустим, что в нашем случае мы измеряем батареи с заявленной производителем мощностью в 100 Вт. Значения Voc — 22,10, значение Isc — 6,36, а третий показатель — 0,78. Таким образом, для расчёта мощности решаем формулу 22,10*6,36*0,78 = 109,63. Результат и есть мощностью панели в момент фиксации её показателей. Следует отметить, что при расчётах возможно отклонение до 10%. Значение 109,63 Вт для панели в 100 Вт — отличный показатель. Если же на практике в таких благоприятных условиях получается мощность ниже 70-80 Вт, то стоит засомневаться в покупке данного товара.

Метод второй

В этом случае понадобиться более сложный прибор — МРРТ-контроллер, а также аккумулятор с неполной зарядкой. Эксперимент также необходимо проводить в максимально благоприятных условиях. Далее МРРТ следует подключить к аккумулятору, а затем солнечную панель к МРРТ. В результате прибор покажет вырабатываемое напряжение панели (Vmp) и ток (Imp). Перемножив показания можно получить мощность.

Если Vmp — 18 В, а Imp — 6 А, то в результате получится мощность станции в 108 Вт.