Пример расчета солнечных батарей для дома

Сознаемся мы себе или нет – сути это не меняет. Очень часто мы, приступая к реализации серьезных, тем более, менее серьезных своих планов, пренебрегаем проектами или расчетами. Это, как правило, не приводит к ожидаемым результатам, либо итоговые временные или материальные затраты оказываются совсем не ожидаемыми. Конечно же все необходимо считать. С этим вряд ли кто не согласится.

Что касается солнечных батарей, расчет их мощности просто необходим, поскольку малейшее отклонение в любую сторону приводит к изменению материальных затрат на порядок.

Есть еще одна бесспорная польза от процедуры расчета – формируется осознанное четкое понимание порядка эксплуатации будущей солнечной электростанции. Только человек, эксплуатировавший в своем доме автономную систему электроснабжения, до конца поймет, что это означает.

А понимание это сводится к одному: как сохранить каждый Ватт*час добытой энергии. В доме, электроснабжение которого осуществляется автономной системой, вы не увидите без надобности светящихся ламп освещения, как это часто бывает при традиционном электроснабжении.

В процессе пользования солнечной электростанции у вас в доме могут появиться такие приборы, как датчики движения, таймеры для автоматического управления освещением, фотореле для управления наружным освещением и т.д. Это войдет в привычную норму.

Вы не удивляйтесь, что я уделяю этому вопросу столько времени. Это действительно следует знать и понимать. Кто-то отнесет необходимость контроля каждого Ватт*час к недостаткам, я с ним не соглашусь.

Во-первых, давайте вспомним тех у кого других вариантов электроснабжения просто нет. Во-вторых, когда это здравая экономия стала, вдруг, недостатком! Согласитесь, было бы расточительно “вбухивать” заведомо бОльшие деньги в систему электроснабжения только для того, чтобы бесконтрольно транжирить энергию.

Начало расчета солнечной электростанции заключается в подсчете суммарной нагрузки потребления вашего дома. Примеров таких расчетов в разных интерпретациях много, и с описательной частью, и в режиме он-лайн. Ничего нового в данном случае выдумывать не стоит. Сначала ставится цель, потом ищутся пути её достижения. Также и здесь: сначала выясняются потребности, а потом рассчитываются технические и материальные возможности их удовлетворения.

Подсчет суммарной нагрузки потребления

Это первый этап расчета. Начинается он с того, что вы берете чистый лист бумаги и на нем составляете перечень всех приборов и устройств, которые, как вы предполагаете, будут использоваться в доме. Для начала делаете этот перечень не вникая в количественный и качественный его состав. На первом этапе расчета, если вам не приходилось его делать, трудно сделать заключение о том, целесообразно или нет оставлять тот или иной прибор в списке. Добавлять, вычеркивать или заменять будем после, когда порядок материальных затрат будет ясен.

А пока пишите:

• Энергосберегающая лампа

• Телевизор

• Электронасос

• Утюг

• Ноутбук

• Холодильник

• Электрочайник

• Стиральная машина

• Микроволновая печь

• Пылесос

Следующим шагом будет выяснение потребляемой мощности каждого из приборов. Это можно выяснить из паспортов на приборы или посмотреть бирки на самих приборах, где указаны их характеристики, в том числе и мощность потребления. В крайнем случае, если нет паспортов и бирок, можно выяснить необходимую информацию у менеджеров продаж в магазинах. Ну и, наконец, у вас же под рукой интернет, эти данные можно поискать через поисковые системы.

Я же проставляю ориентировочные числа, только лишь для того, чтобы показать порядок действий:

Если вы обратили внимание на первые две позиции, то, как видите, я разделил лампы с разной мощностью потребления. Нет необходимости в маленьких и редко посещаемых помещениях ставить лампы такие же, как и в жилых комнатах. А поскольку следующим шагом будет простановка общего времени работы этих приборов в течение суток, то и нет смысла эти лампы объединять в одной позиции.

Проставляем количество и общее время работы в сутки:

Следует пояснить результаты в последнем столбце. К примеру, если вы пылесосом пользуетесь не ежедневно, а один раз в неделю по 2 часа, то в месяц общее время составит 2 Х 4 = 8 часов, т.е. в сутки 8 часов : 30 = 0,3 часа. То же самое и с насосом. Если вам приходится накачивать воду, предположим, два раза в неделю и этот процесс длится 2 часа, то 2 Х 2 = 4 часа, 4 Х 4 = 16 часов, 16 : 30 = 0,6 часов. Разумеется округляете в большую сторону.

Теперь мы можем посчитать сколько каждый из приборов потребляет электроэнергии в сутки:

Завершающая стадия подсчета суточного потребления – сложить все результаты последнего столбца. Результат получится: 7919,8 Вт*час в сутки.

Ну, что ж, давайте приступим к расчету солнечных батарей. У нас есть величина суточного потребления в размере 7919,8 Вт*час, от которой мы и будем “отталкиваться”.

Выбор величины напряжения постоянного тока системы

Выбор величины напряжения системы необходим, во-первых, для выбора приборов системы с точки зрения их согласованности по напряжению, инвертора, контроллера заряда батарей, во-вторых, от величины этого напряжения будут зависеть схемы соединения солнечных модулей и аккумуляторных батарей, ну и, в третьих, для дальнейших расчетов солнечных батарей.

Обычно для автономных систем электроснабжения частного жилого дома выбирается либо 12 В, либо 24 В. Если, конечно, система электроснабжения не слишком мощная и эта, её мощность, не вынуждает прибегать к напряжению 36 В или, допустим, 48 В, чтобы снизить токи в цепях, а значит, иметь возможность использовать провод меньшего сечения, т. е. более дешевый.

В нашем случае я предлагаю придерживаться следующей логики: если вы не планируете наращивать систему электроснабжения, а предполагаете ограничится 1000 Вт или 2000 Вт, то вполне достаточно остановиться на 12 В.

В случае же, если в ваших планах её наращивать, кроме того, эксплуатировать в зимний период, разумнее строить 24-х вольтовую систему. Это будет разумно потому, что на определенном этапе эксплуатации системы электроснабжения вы, скорее всего, придете к неизбежности дополнить её ветрогенератором. Это вполне логично и дает системе неоспоримые преимущества при эксплуатации круглый год. Мы об этом еще поговорим, когда коснемся темы ветрогенераторов.

Так вот, чтобы вам не пришлось менять однажды установленные приборы, лучше сразу выбрать вариант на 24 В, тогда и ветрогенератор с выходом в 24 В без особых затруднений впишется в вашу существующую систему.

И так. Предположим, что мы останавливаемся на варианте системы электроснабжения 24 В. Я этот выбор делаю в нашем примере, чтобы показать более наглядный пример расчета. Вы же поступайте так, как считаете нужным исходя из ваших данных, конечно с учетом вышесказанного.

Определение требуемого количества энергии в сутки

Для определения требуемого количества энергии в сутки нам необходимо вычисленное намизначение суточного потребления – 7919,8 Вт*час разделить на выбранное нами напряжение системы – 24 В. Результат этого деления составит 330 А*час.

Но мы не должны забывать, что инвертор сам потребляет часть энергии на собственные нужды. Значит мы должны предусмотреть запас энергии и для него. Исходя из этого полученный результат 330 А*час мы умножим на коэффициент 1,2 и получим 396 А*час.

Таким образом мы вычислили суточную величину энергии необходимой для обеспечения электроснабжения наших потребителей. И она составила 396 А*час.

Что не следует забывать при выборе солнечных модулей

Бесспорно электрические характеристики фотоэлектрических модулей играют первостепенную важность. Мощность, напряжение, ток. Но нельзя не обращать внимание и на такие параметры, как габариты, конструктивное исполнение, вес и т. д.

Давайте по порядку перечислим характеристики и параметры этих устройств и попутно отметим, как та или иная величина этих показателей может повлиять на дальнейшую эксплуатацию.

Напряжение

Начнем, конечно же, с напряжения. От выбора величины напряжения будет зависеть выбор контроллера заряда батарей, выбор напряжения аккумуляторов и, соответственно, схема их соединения.

В этом выборе догм нет, вы можете выбирать любое напряжение. Но! Самое главное, чтобы оно было стандартизированным. В противном случае вы столкнетесь со сложностью подбора такого оборудования, как контроллер заряда, инвертор, аккумуляторные батареи. Даже исходя из стандартизированной линейки напряжений, есть смысл посмотреть на какие напряжения доступны все необходимые приборы. Это, как правило, 12 Вольт, 24 Вольта, 48 Вольт.

Здесь необходимо сделать небольшую ремарку. Вы обращали внимание на то, что величина напряжения, а их для фотоэлектрического модуля приводят, как правило две (напряжение максимальной мощности и напряжение холостого хода), отличается от стандартного в большую сторону. Это необходимо для того, чтобы обеспечить полный заряд аккумуляторов. Этот запас предназначается для компенсации потерь в системе и учитывает работу модуля в реальных условиях, когда солнечная инсоляция не равна 1000 Вт/кв. м, температура не соответствует 25 градусам по Цельсию.

Мы остановились на 12, 24, 48 Вольтах. Другие величины выбирать смысла уже не имеет по той причине, что найти, при необходимости, устройство с иным напряжением будет сложнее. Зачем заведомо создавать себе трудности.

Учесть следует и такой момент, что некоторые модули рассчитаны на нестандартные напряжения и предназначены для работы с сетевыми инверторами. По этой причине нас они интересовать не могут.

Вообще главным принципом построения любой системы должно быть – по-возможности, избегать использование уникальных устройств. Узлы и приборы должны быть стандартными и максимально доступными. Только в этом случае вы обеспечите продолжительную работоспособность вашей системы.

Мощность и ток

Разумеется общую мощность вы набираете из тех модулей, напряжение которых соответствует выбранному ранее для системы. Напоминать, что они должны быть с одинаковыми характеристиками, думаю, не надо.

Путем соединения их либо параллельно, если напряжение каждого из них равно выбранному, либо последовательно, в случае, когда напряжение каждого из них меньше выбранного. Ну и последовательно-параллельно, чтобы обеспечить суммарную мощность при обеспечении выбранного напряжения системы. Кто пропустил статью “Схема подключения солнечных батарей”, рекомендую прочитать.

Как только вы определились с количеством модулей и схемой их соединения, можете на основании результирующего тока сделать выбор контроллера заряда, ведь напряжение системы вами уже выбрано.

Габариты и вес

Помня такую истину, что каждое дополнительное электрическое соединение в системе повышает вероятность отказа (поломки), мы понимаем, что единый модуль соответствующий требуемым мощности и напряжению, был бы идеальным вариантом для нас. Ни тебе лишних соединений, ни тебе лишних проводов.

Но мы же понимаем, что это невозможно. Да и по большому счету не нужно. Не нужно хотя бы потому, что в этом случае мы лишаем нашу систему гибкости, да и ремонтопригодность тоже пострадает. Я не говорю уже про вес, который будет играть не последнюю роль при монтаже.

Гораздо сложнее будет нарастить систему, изменить напряжение системы, если такое вдруг понадобиться. Отремонтировать модуль, в конце концов. Опять же высокая парусность. Это тоже не следует снимать со счетов, ведь вы будете монтировать модули на открытой всем ветрам поверхности.

Тем не менее, не забывая про упомянутую истину, мы должны обратить внимание на габариты модулей с точки зрения монтажа (не каждый габарит позволит производить монтаж без подъемных механизмов), укладки на кровле (отсутствие затенения на протяжении всего светового дня).

С другой стороны слишком мельчить с габаритами – дороже обойдется.

Конструктивное исполнение

Конструктивное исполнение тоже играет немаловажную роль как в плане эксплуатационных характеристик так и с финансовой точки зрения. Бескаркасные модули, к примеру, будут стоить дешевле, но использовать именно их можно и нужно лишь в том случае, если у вас есть возможность выполнить монтаж таким образом, чтобы обеспечить их нормальную эксплуатацию без каркасов.

Либо вы имеете возможность самостоятельно изготовить каркас и это обойдется вам дешевле. Только следует учесть и вопрос герметизации модуля, поскольку при попадании воздуха и влаги происходит окисление контактов. Это значительно сокращает срок их службы.

Такие вещи, как стекла. Они бывают разные и от этого тоже зависит цена. Обычные стекла приводят к потерям до 15% из-за отражения. Стекла, выдерживающие ударную нагрузку, может быть, и будут лишними, а вот стекла с повышенной степенью прозрачности рассмотреть смысл имеет.

Продолжение статьи: Выбор инвертора и расчет аккумуляторной батареи для домашней солнечной электростанции

Борис Цупило