Система солнечной электростанции
На картинке внизу показана типовая электростанция, работающая на солнечном свете. Она состоит из следующих элементов:
- солнечная панель (одна или несколько объединенных в единую систему) – собирает энергию и преобразует в электрическую;
- контроллер – нужен для оптимизации работы солнечных панелей, а также снижения потерь при транспортировке энергии по электросистеме станции;
- инвертор – преобразование постоянного тока в переменный;
- аккумулятор – собирает и сохраняет накопленную электроэнергию.
Система солнечной электростанции
Аккумулятор позволяет использовать накопленную за дневного время электроэнергию. Контроллер также предохраняет АКБ от перезарядки. Таким образом, при достижении на аккумуляторе максимального уровня заряда контроллер автоматически понижает напряжения до уровня, необходимого для сохранения заряда, не нагружая аккумулятор излишним напряжением. А инвертор необходим для того, чтоб бытовые приборы и осветительная сеть могли использовать электроэнергию, получаемую через батареи.
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.
Расчеты мощности
При покупке солнечных батарей для дома, владельцев, прежде всего, интересует, какой объем мощности батарей понадобится для того, чтобы удовлетворить все насущные потребности. Так как система может обеспечить электроэнергией много приборов лишь в том случае, когда энергопотребление не будет выше количества энергии, производимой генератором.
Измерение фотоэлектрической мощности
Поэтому более интересно продавать фотоэлектрическую электроэнергию, а не использовать ее для личного потребления. Мощность фотоэлектрической панели измеряет мощность производства электроэнергии. Эта техническая специфика связана только с самой панелью. Это не зависит от места размещения. Таким образом, мощность определяется материалом, составляющим солнечную панель и ее поверхность. Напоминаем, что налоговый кредит предоставляется только для установок мощностью менее 9 кВт, что соответствует панелям площадью от 15 до 30 м².
Система состоит из основных 4 компонентов:
- Аккумуляторов;
- Контролера заряда;
- Фотоэлектрических панелей;
- Инвертора.
Расчет мощности солнечных батарей для дома актуален, прежде всего, тем, что при всех финансовых и материальных ограничениях важно знать, какого результата ожидать от батарей и стоит ли вообще покупать подобную систему энергоснабжения. Для каждого режима использования электроэнергии существует своя система расчета
Пиковая мощность, выраженная в кВт-м, представляет собой максимальную мощность, которую может производить установка при оптимальных условиях ориентации, наклона и солнечного света. Этот индикатор позволяет сравнивать производительность панелей друг с другом. Например, годовая добыча хорошо ориентированной фотогальванической системы колеблется между 400 кВтч на севере Франции и 700 кВтч на юге.
Критерии установки для фотогальванических панелей
Для установки фотогальванических панелей лучше всего иметь наклон на южную сторону с наклоном 30 °. Очевидно, что панели не должны быть закрыты никакими препятствиями. Это оптимальные условия для максимизации эффективности фотоэлектрических солнечных панелей. Конечно, допускается некоторая гибкость.
За основу расчетов необходимой энергии берутся данные о возможности Солнца (мощность солнечного излучения), а так же стоит рассчитать сколько энергии планируется потреблять. Это можно сделать самостоятельно, посмотрев в таблицу «Расчет потребления электроэнергии»:
Если мы хотим уменьшить выбросы парниковых газов, все мы призваны популяризировать и поощрять использование солнечной энергии. Небольшое место для планирования тех, кто интересуется солнечным электричеством в существующем доме или строить. Действительно, чтобы превысить короткий срок, мы должны думать о хранении фотоэлектрического электричества.
Это хранилище уже существует и растет в Германии, где солнечное электричество дешевле, чем традиционные поставщики. В этом случае самостоятельное потребление является еще одним аргументом: увеличение сбережений и хранения позволяет увеличить долю самопотребления.
При этом учитываются:
- Регион;
- Погодные условия;
- Угол наклона панели.
Устанавливая угол наклона панели важно определиться, будет использование батарей круглогодичным или предполагается их эксплуатация только в летний период. Предпочтительно устанавливаемый для панелей угол наклона на 15° больше, чем географическая широта
Чем больше наклон, тем эффективнее выработка энергии.
Какую поверхность датчика вы рекомендуете? Для фотогальваники 9 кВт соответствуют панелям площадью от 15 до 30 м². Если ожидается, что сертифицированная компания предложит одноразовую ставку? В открытом пространстве вы можете, конечно, установить устройство на более низкую поверхность или даже на открытом воздухе, если вы выберете термосифон. Размеры аэростата также должны быть адаптированы к вашему потреблению.
Поверхность датчиков сильно зависит от вашего местного климата и может варьироваться от 2 до 7 м² в зависимости от вашей климатической зоны. А во-вторых, ориентация крыши и наклон датчиков, около 50 °, также должны регулироваться в соответствии с широтой и особенно возможностями рамы.
Расчет солнечных батарей для дома желательно проводить, имея данные и по горизонтальной, и по вертикальной установкам панелей.
Преимущества гелиосистем в частном секторе
Применение в частных загородных домах электростанций на солнечных батареях полностью решает проблему электроснабжения объекта. В настоящее время выпускаются изделия с различными техническими характеристиками, что позволяет подобрать наиболее оптимальный вариант для конкретных условий эксплуатации.
Использование автономного оборудования снижает затраты на использование энергоносителей, обеспечивает независимость хозяев частных домов от централизованного электроснабжения. Гелиосистемы считаются более экономичными и эффективными по сравнению с бензиновыми генераторами, ветровыми установками и другими альтернативными источниками электроэнергии.
Следствием сравнительно низкой стоимости солнечных электрических станций, является их достаточно быстрая окупаемость. Данные системы легко адаптируются под любые условия, а мощность легко увеличивается путем приобретения и установки дополнительных фотоэлектрических модулей.
Нормальная эксплуатация систем во многом зависит от аккумуляторных батарей. Здесь также существует широкий выбор от наиболее простых необслуживаемых моделей, до самых современных и производительных устройств. Дешевые аккумуляторы работают 3-4 года и менее, способны выдержать до 300 циклов зарядки и разрядки. Дорогие батареи функционируют значительно дольше – 10-12 лет и более. Они спокойно выдерживают от 1000 до 4000 циклов заряда-разряда и полностью окупают себя за этот период.
Устанавливаем уровень напряжения для солнечных батарей
Чтобы понять, сколько дают энергии солнечные батареи, нужно определиться с уровнем их рабочего напряжения. Это значение всегда кратно 12 вольтам, поскольку такое напряжение характерно большинству аккумуляторов. Чаще всего используются инверторы, контроллеры и солнечные панели с напряжением в 12, 24 или 48 вольт.
Для систем с более высоким уровнем напряжения можно применять питающие кабели с меньшим сечением, что обеспечивает высокую надежность соединений.
В тоже время, аккумуляторы по 12 вольт, если они сломаются, можно заменять поочередно. Особенностью эксплуатации батарей с напряжением в 24 вольта будет необходимость замены узлов только попарно. В случае использования системы с напряжением в 48 вольт необходимо будет менять сразу 4 батареи, расположенных на одной ветке
Кроме того, при неосторожном обращении с батареями в 48 вольт можно получить удар электрическим током. Рабочее напряжение электросистемы напрямую влияет на то, сколько дает солнечная батарея
Этот фактор учитывается при подборе необходимого оборудования
Рабочее напряжение электросистемы напрямую влияет на то, сколько дает солнечная батарея. Этот фактор учитывается при подборе необходимого оборудования.
Зависимость между мощностью инвертора и пиковыми нагрузками выглядит так:
- 3-6 кВт – 48 вольт;
- 1,5-3 кВт – 24 или 48 вольт;
- до 1,5 кВт – 12, 24 или 48 вольт.
В рассматриваемом примере выбор между сложностями при замене аккумуляторов и надежностью электропроводки сделаем в пользу последнего. Уровень рабочего напряжения составит 24 вольта.
Устройство солнечной батареи
Батарея состоит из модулей, объединяющих последовательно соединенные полупроводниковые фотоэлементы. Большинство фотоэлементов производится из кремния. Ячейки панелей используют фотогальванический эффект – ток образуется во время освещения полупроводника или диэлектрика. Либо ток образуется электродвижущей силой при разомкнутой цепи на освещаемом образце. Фотогальванические элементы заключены в корпус. Верхняя часть батареи покрыта стеклом, через которое проникают фотоны света. Так же стекло защищает от вредных воздействий элементы батареи. Крышка с креплением из пластика надежно закрывает заднюю часть модуля батареи. Чтобы достичь необходимого соотношения напряжения и силы тока соединение модулей производится последовательно и параллельно. Передача энергии от солнечных батарей конечному потребителю производится через инверторы напряжения. Преобразованная энергия хранится в батареях.
Солнечные электростанции в России — плюсы и минусы
Солнечные электростанции, как альтернативный источник электрической энергии получают все более
К плюсам использования солнечной энергии можно отнести:
- Экологическая безопасность;
- Возобновляемый источник энергии;
- Низкая себестоимость получаемой электроэнергии;
- Продолжительный срок эксплуатации.
К минусам данного типа электростанций относятся:
- Малая мощность вырабатываемой энергии;
- Зависимость от условий окружающей среды и времени суток.
Разнообразие солнечных электростанций по мощности, комплектации и цене, постоянно продолжающийся поиск новых материалов и технологий, позволяют с большой уверенностью констатировать, что энергия солнца всегда будет востребована.
Напряжение 12V или 24V?
Ошибка №9
Для бытового использования лучшими являются панели на 12V, а применение на 24V не оправдано.
Объясняется это во-первых, проблемами с подбором аккумуляторов для сборки на 24В:
одинаковый производитель
одинаковая емкость
применение балансиров
батареи близкие по дате выпуска
Замечания надо сказать справедливые. 
Во-вторых, на 12В можно взять любые АКБ, в том числе б/у + использовать множество унифицированных приборов напрямую, минуя инвертор – зарядники, блоки питания, камеры видеонаблюдения, лампы на 12V.
Но все это справедливо для небольшой мощности до 1кВт. С массовым внедрением гелевых, LiFePO4 аккумуляторов, универсальных MPPT контроллеров и гибридных инверторов (о них чуть ниже) многое поменялось.
С ними вы спокойно можете последовательно объединять панели в большие сборки, передавать напряжение с крыши до 100 Вольт и более, а уже в контроллере преобразовывать его в 12В или 24В, параллельно сбрасывая как на балласт, так и подключая нагрузку 220В.
Схемы подключения солнечных панелей и как при этом будут себя вести напряжение и ток (нажмите на плюсик для раскрытия содержимого).
Ошибка №10
Чтобы вы понимали, когда говорят о системе 12V или 24V-48V, речь идет в первую очередь не о напряжении самих панелей, а о схеме подключения сборок АКБ.
Один и тот же контроллер может работать как на 12В, так и на 24В. Во втором случае пропуская через себя гораздо большую нагрузку. 
Если грубо подытожить, то используйте солнечную электростанцию (СЭС):
на 12V – до 1кВт
на 24V – до 3кВт
на 48V – свыше 3кВт
Расчет основных показателей — сколько нужно батарей и какой мощности
Прежде чем начинать выполнение расчетов, следует подготовить специальную таблицу, в которую будут заноситься полученные данные. Вертикальных граф должно быть 30 штук, а горизонтальных – по количеству бытовых приборов, используемых хозяевами.
Предварительный этап
В первом столбце будет указываться номер по порядку бытового прибора. Его название проставляем во второй колонке. Третьей графой проставляем мощность каждого из приспособлений. В следующих 24 столбиках необходимо проставить часы от 01 до 24.
В этих клеточках в виде десятичных дробей будем вносить такие данные:
- числитель представляет собой период каждого прибора в течение конкретного часа (в десятичном выражении);
- знаменателем проставляют индивидуальную мощность электроприбора (такой повтор облегчает процесс дальнейших расчетов).
Графа 28 предназначена для суммирования общего времени работы электроприбора в пределах суток. Следующая колонка содержит данные об энергопотреблении отдельного прибора за прошедшие сутки – эту цифру получают умножением периода работы на потребляемую мощность. В последней вертикальной графе записывают примечания, например результаты промежуточных расчетов.
ТОП-4 Солнечная электростанция 0.7 кВт*ч в сутки
Комплект предназначен для питания приборов, мощность которых до 600 Вт. Это мобильные телефоны, освещение, ноутбуки, телевизоры, насосы типа «Малыш».
Комплектность
- Батареи солнечной — 100 Вт, 12 В;
- Коннектора – 2 шт. (МС-4);
- Контроллера – 10А;
- Инвертор мощностью 0,6 кВт;
- АКБ – 55 Ач;
- Провода – 3 метра сечением 2х2;
- Схемы с описанием.
Параметры
- Суточная выработка энергии – 0,7 Вт;
- Запасаемая и общая мощность потребителей– 0.4 и 1,2 кВт;
- Тип солнечной панели – монокристалл общей мощностью 0,1 кВт;
- Число панелей – 1;
- Площадь панели -0,7 м. кв.;
- Срок эксплуатации — 30 л;
- Аккумулятор – 1 (33 Ач);
- Размеры — 1000/700/400 мм;
- Масса – 25 кг.
Расчет мощности сетевой солнечной электростанции
В компании BetaEnergy мы разработали универсальный калькулятор, с помощью нехитрых шагов которого, можно быстро прикинуть необходимую мощность системы.
Рассчитать систему
Шаг 1. Регион размещения ССЭ
В первую очередь определяем регион размещения нашей солнечной электростанции, так как от этого зависит ее эффективность в разные времена года.
Уровень инсоляции или количество солнечной энергии измеряется в кВт*ч/м2/сутки или по-другому количество солнечных часов в сутки. Не путайте это время с продолжительностью светового дня, ведь в расчетах принимаются величины, когда солнечный свет ничем не рассевается и попадает на солнечный модуль под углом 90 градусов. Солнце, двигаясь по небосводу в течении всего дня (да простит меня за такую формулировку Николай Коперник) не может посылать лучи на закрепленную на земле/крыше солнечную панель под углом 90 град., ведь этот угол постоянно меняется. К тому же бывают дни ясные, а бывают пасмурные, когда солнечный свет сильно рассеян или отражен.
Угол падения солнечных лучей в различное время дня и года
Давайте рассмотрим на примере Московской области.
Московская область согласно карте NASA имеет 3-3,5 солнечных часа в сутки. Эти данные взяты в среднем за год, ведь как известно летом в этом регионе солнце светит много и осадки редки, в то время как зимой наоборот – много снега и небо часто затянуто серыми облаками.
| Выработка за световой день, кВт*ч | ||||
| По зиме | По весне | По лету | По осени | По году |
| 1,90 | 4,51 | 5,09 | 2,37 | 3,47 |
По данным NASA в Москве среднесуточная инсоляция по году при оптимальном угле наклона солнечных модулей (44,6°) составляет 3,47 кВт/м2/сутки.
Шаг 2. Период эксплуатации
На втором шаге мы выбираем когда относительно сезонов года мы будем эксплуатировать нашу солнечную электростанцию. Это также довольно важный показатель, так как он будет существенно влиять на размер и стоимость системы. К примеру если вы планируете использовать ССЭ на даче только весной-летом-осенью, то зачем вам учитывать малоэффективные зимние дни, и наоборот.
На примере выше видно, как изменяется количество солнечных часов в зависимости от сезона – летом солнца в 2,5 раза больше, чем зимой. И это также региональный показатель. Скажем, в том же Приморском крае и зимой, и летом количество солнечных часов примерно одинаково много.
Шаг 3. Потребители
Здесь нам необходимо сложить мощность всех потребителей и определить суточную потребность в электроэнергии. Например холодильник класса А+ в среднем потребляет около 45 Вт в час, но при запуске (а он устроен так что периодически то включается, то отключается) может потреблять до 700 Вт. То есть за сутки он потребит порядка 1 кВт*ч электроэнергии, при этом для нормальной работы электростанции ему понадобится инвертор мощностью не менее 700 Вт. По такой же схеме определяются потребности остальных приборов и суммируются.
Но есть способ и проще – можно посмотреть квитанции за электроэнергию. Там есть точная цифра вашего потребления в месяц. Только брать лучше за несколько месяцев и выводить среднее арифметическое.
Важно! Так как это все-таки сетевая солнечная электростанция и она работает только днем, то необходимо учитывать мощность приборов, используемых в светлое время суток.
В нашем калькуляторе мы уже заложили все поправочные коэффициенты и среднестатистические мощности электроприборов, поэтому вам достаточно лишь указать их количество. После этого, нажав «Рассчитать систему», вы получите ее характеристики и состав.
