Расчет солнечной электростанции для дома


Расчет солнечной электростанции для дома

Вопрос получения электроэнергии альтернативными способами достаточно актуален в наше время. Одним из вариантов обеспечения электроснабжения дома является установка солнечной электростанции. Такой вариант может использоваться в качестве дополнительного альтернативного источника электричества либо в качестве основного, если стоит задача электроснабжения дома при отсутствии возможности подключения к электрическим сетям, например, по причине их удаленности.

Первый этап реализации данной идеи – это расчет будущей солнечной электростанции. В данной статье приведем рекомендации, которые помогут правильно рассчитать требуемую мощность будущей солнечной электростанции и правильно оценить возможность реализации данной идеи в зависимости от различных факторов.

Исходные данные

Прежде всего, необходимо определиться, какие задачи должна выполнить будущая электростанция. Самый важный вопрос – это наличие централизованного электроснабжения и его надежность.

Первый вариант

Дом подключен к электрическим сетям, но электроснабжение ненадежное и существует проблема частого отключения электричества. В данном случае необходимо определиться, какие задачи должна выполнять домашняя солнечная электростанция.

Если перерывы в электроснабжении непродолжительные, то задача альтернативного источника электроэнергии – обеспечить питание наиболее важных электроприборов.

Необходимо проанализировать какие электроприборы будут эксплуатироваться в период отключения электричества, и записать их мощность и время работы для проведения дальнейших расчетов.

Второй вариант

Те же исходные данные, что и в первом варианте, но перерывы в электроснабжении продолжительные и требуется реализовать резервный источник электроснабжения, питающий все необходимые бытовые электроприборы, которые ежедневно эксплуатируются в доме. Также записываем мощность и продолжительность работы электроприборов.

Третий вариант

Дом не имеет подключения к электрическим сетям и возможность подключения по той или иной причине отсутствует. В данном случае солнечная электростанция будет выступать в роли основного источника электроснабжения дома.

Если вопрос электроснабжения дома решается впервые, то необходимо продумать, какие электроприборы планируется эксплуатировать в доме и выбрать их мощность, руководствуясь принципом экономии, то есть выбирать минимальную мощность, так как стоимость солнечной электростанции напрямую зависит от ее мощности.

Реализация идеи солнечной электростанции достаточно затратная, поэтому необходимо очень ответственно подойти к вопросу расчета будущих нагрузок и продумать все возможные варианты.

Расчет нагрузок электроприборов

При расчете нагрузок электроприборов необходимо отдельно рассматривать каждый из электроприборов, анализируя все возможные нюансы его эксплуатации.

Сразу необходимо отсеять все электроприборы, функции которых можно реализовать другим способом, без использования электроэнергии.

Перечислим электроприборы, которые нецелесообразно запитывать от солнечной электростанции и соответствующую им альтернативную замену:

  • электропечь, электрочайник, электрические обогреватели. Если в доме для приготовления пищи используется электропечь, то на случай отключения электричества можно построить твердотопливную печь, на которой можно будет готовить пищу, греть воду, а также эксплуатировать ее для обогрева дома. В качестве запасного варианта можно приобрести газовую плитку с баллоном;

  • электрический водонагреватель. Альтернативный вариант – солнечный водонагреватель либо реализация подогрева воды от печи; - колодезный водяной насос. На случай отключений электричества должна быть предусмотрена возможность ручного забора воды из колодца. В случае отсутствия подключения к электросетям для удобства повседневной эксплуатации можно включить насос в перечень нагрузок, которые будут питаться от будущей электростанции;

  • крупорушка, мельница и другие приспособления, используемые при ведении хозяйства в доме. В данном случае можно отдать предпочтение ручным приспособлениям.

Отдельно следует сказать об освещении дома. При наличии централизованного электроснабжения для повседневной эксплуатации выбирается любой тип ламп, исходя из личных предпочтений. А для автономного электроснабжения необходимо отдать предпочтение наиболее экономичным типам ламп из имеющегося ассортимента – то есть светодиодным. Необходимо выбрать оптимальное количество ламп и их мощность, чтобы обеспечить желаемый уровень освещенности в том или ином месте.

В доме есть электроприборы и устройства, которые имеют большую мощность, но эксплуатируются редко. Учитывать мощность данных электроприборов при проектировании солнечной электростанции нецелесообразно, так как стоимость электростанции значительно увеличится, а в основном данная мощность не будет использована. К таким приборам можно отнести сварочный аппарат, электрифицированный инструмент (углошлифовальная машина, перфоратор, обрабатывающие станки и т.д.).

В случае отсутствия централизованного электроснабжения для эксплуатации таких электроприборов целесообразнее приобрести дизельный (бензиновый) генератор. Наличие в доме генератора дает преимущество в том, что если солнечные панели не зарядили аккумуляторную батарею, то пополнить нехватку заряда можно посредством включения генератора.

Для большей эффективности, надежности и нагрузочной способности автономное электроснабжение дома целесообразнее реализовать с применением двух альтернативных источников – солнечных панелей и ветрогенераторов.

Еще по теме: Ветрогенераторы или солнечные батареи, что лучше выбрать?   

Наличие ветрогенераторов позволяет увеличить суммарную мощность автономного электроснабжения и, возможно все электроприборы, в том числе и мощные можно будет эксплуатировать без необходимости применения генератора. В любом случае необходимо рассматривать вариант комбинирования двух источников альтернативной электроэнергии, не отдавая предпочтение лишь одному из вариантов.

Подробный пример расчета общего потребления электроэнергии и подбора оборудования для домашней солнченой электростанции смотрите в статьях Бориса Цупило:

Пример расчета солнечных батарей для дома

Выбор инвертора и расчет аккумуляторной батареи

Инвертор: синусоида или модифицированная синусоида?

Как выбрать контроллер заряда солнечной батареи

Схема подключения солнечных батарей

Монтаж, подключение солнечных батарей и установка их на кровле

Расчет требуемой мощности электростанции

Второй важный параметр – нагрузочная способность электростанции, то есть максимальная величина мощности, которую может выдавать солнечная электростанция.

При расчете нагрузок электроприборов необходимо проанализировать, какие электроприборы будут работать одновременно, и какая максимальная мощность потребуется для их питания в пики нагрузки. При этом желательно продумать эксплуатацию электроприборов таким образом, чтобы не было резких перепадов нагрузок.

Также необходимо учитывать особенности работы некоторых электроприборов. Например, нужно учесть пусковые токи компрессора холодильника и электродвигателей различных электроприборов.

Лимит выдаваемой мощности электростанцией ограничивает инвертор – устройство, которое осуществляет преобразование постоянного тока аккумуляторной батареи в переменный ток бытовой сети 220 В.

Рассчитывая мощность инвертора, следует учитывать также характеристики аккумуляторной батареи, которая накапливает электроэнергию, вырабатываемую солнечными панелями. В данном случае идет речь о максимально допустимых токах разряда аккумуляторной батареи.

Для защиты инвертора солнечной электростанции от сверхтоков, в частности перегрузки используется автоматический выключатель. Для контроля и ограничения нагрузок можно использовать реле приоритета нагрузок. Бытовые электроприборы разделяются на несколько групп по степени важности (приоритету), устанавливается нагрузочный лимит.

В процессе эксплуатации электроприборов реле приоритета нагрузок будет контролировать значение нагрузки в реальном времени, и в случае превышения установленного лимита будет отключать часть нагрузки с меньшим приоритетом, предотвратив отключение автоматического выключателя и соответственно обесточивание наиболее важных электроприборов.

Расчет мощности солнечных панелей

Солнечная электростанция вырабатывает электрическую энергию только в светлое время суток, при наличии достаточного светового потока. Солнечные панели должны иметь такую мощность, чтобы они смогли накопить в аккумуляторных батареях такое количество электрической энергии, которое обеспечит питание всех бытовых электроприборов в течение суток.

Существуют справочники уровня солнечной радиации и солнечной инсоляции для каждого региона – обычно такие данные предоставляют реализаторы солнечных панелей. Уровень солнечной радиации показывает примерное количество генерируемой электроэнергии солнечными панелями в разное время года. Показатель солнечной инсоляции позволяет учесть возможные ухудшения погодных условий и получить более точное значение вырабатываемой мощности солнечными элементами.

Необходимо учитывать, что справочные данные являются ориентировочными и не всегда соответствуют фактическим характеристикам работы солнечных панелей.

При построении домашней солнечной электростанции необходимо предусматривать возможность увеличения ее мощности в будущем посредством подключения дополнительных солнечных панелей и аккумуляторов для накапливания генерируемой электроэнергии.

Как и упоминалось выше, необходимо проанализировать актуальность применения другого источника альтернативной электроэнергии для того, чтобы обеспечить достаточный запас мощности автономного электроснабжения дома с учетом всех возможных факторов.

Исходя из мощности солнечных панелей, выбирается контроллер, посредством которого осуществляется отдача генерируемой электроэнергии в аккумуляторную батарею.

Очень важным критерием является наличие средств на реализацию автономного источника электроснабжения дома. Поэтому при выборе тех или иных элементов необходимо корректировать свой выбор исходя из имеющегося бюджета.

electrik.info

Как рассчитать солнечную электростанцию и выбрать оборудование для нее?

Как рассчитать солнечную электростанцию и выбрать оборудование для нее? Очень просто!

Расчет небольших солнечных электростанций можно сделать достаточно просто вооружившись листом бумаги и ручкой. В этой статье мы расскажем основные принципы подбора оборудования для бытовых солнечных электростанций.

ВАЖНО:  комплектация солнечной системы никак не связана с площадью дома. Она зависит только от мощности подключаемого оборудования и количества потребляемой энергии.

Основными элементами солнечной электростанции являются:

·         Солнечные панели – они генерируют электроэнергию, и чем они мощнее и их больше, тем больше электроэнергии можно получить в течении дня.

·         Аккумуляторные батареи – в них происходит накопление элеткроэнергии, которую можно использовать в отсутствии солнца (ночью), когда выработки электричества на солнечных панелях нет.

·         Контроллер заряда аккумулятора – это устройство, которое позволяет обеспечить правильные режимы заряда аккумулятора. Выбор этого устройства, как правило, чисто технический момент за исключением выбора типа контроллера MPPT или ШИМ. Иногда контроллер заряда может быть встроен в инвертор.

·         Инвертор преобразователь напряжения – это устройство преобразует постоянный ток на аккумуляторах в переменный 220В, который используется во всех бытовых электроприборах. Мощность инвертора ограничивает максимальную мощность электропотребителей, которые могут быть подключены к системе.

Теперь подробно остановимся на каждом из этих элементов системы, для того, чтобы понять, какое именно оборудование и в каком количестве, нам потребуется.

Как выбрать инвертор – преобразователь напряжения

Подбор оборудования для системы начинается с выбора инвертора. Все инверторы делятся на 2 группы по форме выходного сигнала – чистый синус (форма сигнала в виде синусоиды) и модифицированный синус (форма сигнала в виде ступенек или трапеций). Если к системе будет подключаться любая индуктивная нагрузка: двигатели , компрессоры и т.д. то инвертор должен быть обязательно с чистым синусом на выходе. Т.е. если вы планируете подключать холодильник, насос, электроинструмент и т.д. то инвертор должен на выходе выдавать чистую синусоиду.

Если же подключаемая нагрузка это телевизоры, зарядные устройства, освещение и т.д. то модифицированный синус вполне подойдет.

Таким образом чистый синус имеет более широкую область применения, но и цена у него существенно дороже чем у инверторов с модифицированным синусом.

Итак, мы определили тип инвертора, который нам нужен, далее нужно определить его номинальную мощность. Для того, чтобы это сделать, нужно просуммировать мощность всех электроприборов которые могут быть включены одновременно. Мощность каждого прибора можно найти в инструкции или на самом устройстве. Например: холодильник (300Вт) + телевизор (70Вт) + насос (400Вт) + микроволновка (1000Вт) = 300Вт+70Вт+400Вт+1000Вт = 1770Вт. Соответственно в данном случае инвертор должен иметь номинальную мощность более 1770Вт. Кроме того важно понимать, что у некоторых приборов существуют пусковые токи, которые кратковременно появляются при запуске оборудования. Эти пусковые токи могут быть в 5-7 раз больше чем номинальные. Это важно учитывать при выборе инвертора. Благо у каждого инвертора есть запас прочности – пиковая нагрузка и зачастую эта характеристика в 2 раза больше номинальной мощности. Поэтому в данном примере инвертора номинальной мощностью 2000Вт хватит для обеспечения питанием указанных приборов, даже с учетом того, что у холодильника в момент пуска мощность может быть 300Вт*7=2100Вт.

Как рассчитать солнечные панели

Следующий вопрос  - как рассчитать сколько солнечных батарей нужно установить, чтобы их было достаточно для обеспечения нужным количеством электроэнергии.

Прежде чем ответить на этот вопрос, давайте выясним, сколько же электроэнергии мы потребляем. Это можно сделать умножив мощность электроприборов на время их работы, например: лампочка мощностью 50Вт работая в течении 3х часов, израсходует 50вт*3ч=150Вт*ч электроэнергии. Таким образом, можно посчитать полное электропотребление за сутки, но есть и более простой способ – посмотреть показания электросчетчика за месяц и разделить на количество дней в месяце. К примеру: счетчик за месяц (30 дней) накрутил 150кВт*ч электроэнергии. В среднем за сутки получается 5кВт*ч электроэнергии.  Это значит, что массив солнечных панелей должен за солнечный день успеть сгенерировать такое же количество электроэнергии.

Солнечные панели бывают различного размера и мощности, и в каждом конкретном случае бывает удобнее использовать панели определенного размера, но, как правило, для средних и больших систем используются панели 250-300Вт, поскольку они наиболее оптимальны с точки зрения монтажа. Мощность панели это как раз то количество электроэнергии, которая она вырабатывает при полной освещенности. Т.е. если на солнечную панель 250Вт в течении 3х часов под прямым углом будет светить солнце, то она выработает 250Вт*3ч=750Вт*ч электроэнергии. Конечно в течении дня может быть достаточно облачно и мало света, поэтому та же самая панель при облачной погоде может вырабатывать в 3-4 раза меньше электроэнергии чем в солнечную погоду.  Таким образом для грубой оценки такой подход в расчетах может подойти.  Например если нужна система, которая летом должна вырабатывать 5кВт*ч электроэнергии в день, при условии, что в среднем в течении 4х часов на панель будет светить солнце (4ч*250Вт=1000Вт), то нам понадобится не менее 5 таких панелей.

Для более точного расчета необходимо использовать так называемые таблицы солнечной инсоляции, в которых указаны средние значения солнечной освещенности на 1 кв.м. за сутки в разных регионах нашей страны. К примеру в Астрахани в июне на поверхность наклоненную на 35градусов к горизонту за месяц проникает 197.7 кВт*ч энергии. За сутки в среднем получится около 6.6кВт*ч энергии. Конечно, не вся эта энергия будет преобразована в электрическую. У каждого модуля есть КПД (коэффициент полезного действия, не путать с КПД ФЭПа), в среднем это 16.5-17%. Это значит что нужно 6.6 кВт*ч умножить на 17%, в результате чего получим 1.12кВт*ч в сутки с одного квадратного метра солнечных панелей. Зная нужное нам количество энергии в сутки, к примеру 5кВт*ч, мы можем определить нужную нам площадь солнечных панелей – 5кВт*ч/1.12кВт*ч=4.46м.кв. Солнечный модуль 250Вт имеет размеры 1650х990мм и площадь равную 1.64м.кв.. Таким образом 3х модулей по 250Вт будет достаточно для генерации 5кВт*ч электроэнергии в сутки на территории Астрахани в июне.

По такому принципу делаются профессиональные расчеты систем, поскольку нет более точных данных по работе солнечных панелей, чем статистические.

Сколько нужно аккумуляторов

Количество энергии которое может быть запасено в аккумуляторной батарее можно оценить по формуле «емкость умножить на номинальное напряжение». Например аккумулятор емкостью 100Ач и напряжением 12В, может запасти в себе 100Ач*12В=1200Вт*ч электроэнергии.

Зная, сколько энергии у нас расходуется в сутки, мы можем определить какая часть этой энергии расходуется из аккумуляторов в отсутствии солнца. Но поскольку срок службы аккумуляторов на прямую зависит от глубины его разряда, и не рекомендуется разряжать аккумуляторы ниже 50%, мы рекомендуем делать расчет аккумуляторов исходя из суточного потребления, например в сутки потребляется 5кВт*ч, это 5000Вт*ч. Разделив потребление на 12В, получим требуемую емкость банка аккумуляторов 5000Вт*ч/12В=416Ач. Т.е. 4 аккумулятора по 100Ач гарантированно не разрядятся полностью в течении дня, что позволит увеличить срок их службы, а также обеспечат необходимым количеством электроэнергии в отсутствии солнца – ночью.

Как выбрать контроллер заряда аккумулятора и что это такое можно прочитать по адресу: http://oporasolar.ru/articles/11066-kontrollery-zaryada . В этой статье мы не будем останавливаться на данном этапе.

Зима-Лето

Зимой солнца сильно меньше чем летом, поэтому если вы хотите полностью автономную систему, то все расчеты необходимо делать основываюсь на минимальных значениях солнечной инсоляции, которые, как правило наблюдаются в декабре-январе. Так вы гарантированно обеспечите себе автономное питание в течении года. К примеру в той же Астрахани, значение солнечной инсоляции в декабре в 4 раза меньше чем в июне, поэтому для автономной работы системы зимой, потребуется в 4 раза больше солнечных панелей.

Наличие внешней сети или генератора

Если у вас есть возможность подключиться к сети или генератору, то это позволит не покупать большое количество солнечных панелей, для обеспечения питанием в зимнее время. При длительном отсутствии солнца можно включить сеть или генератор для зарядки аккумуляторов не небольшой период времени до полной зарядки, и продолжать получать энергию от солнца.

На сегодняшний день есть большое количество инверторов со встроенным зарядным устройством аккумуляторов, вплоть до автоматического переключения на питание от сети в случае сильного разряда аккумуляторных батарей. Такие инверторы наиболее удобны в использовании и достаточно просты в подключении.

Таким образом, мы разобрались как можно сделать расчет солнечной электростанции, а если у вас остались вопросы вы можете позвонить нам и мы поможем вам разобраться!

OporaSolar, Сапожников Д.А.

oporasolar.ru

On-Line калькулятор солнечных батарей, он-лайн расчет солнечных электростанций

Данный калькулятор предназначен для оценки выработки электрической энергии солнечными батареями.

Для каждой точки местности России, мы собрали данные по инсоляции с точностью 0,1 градуса по широте и долготе. Данные были любезно предоставлены сервисом NASA где история измерений ведется с 1984 года. Для использования нашего калькулятора выберите местоположение вашей солнечной электростанции передвигая метку по карте или воспользуйтесь полем поиска на карте. Наш калькулятор работает только по территории России.

1. Если вы знаете какие солнечные батареи вы будете использовать, или они уже установлены в вашей солнечной станции - выберите солнечные батареи нужной мощности и их количество.

2. Укажите угол наклона вашей крыши, место установки. Также наш калькулятор автоматически показывает оптимальный угол наклона солнечной батареи для выбранной точки местности. Угол показывается для зимы, оптимальный - средний для всего года, для лета. Это особенно важно если вы только планируете установку солнечной станции и при ее строительстве сможете указать строителям необходимый угол для монтажа СБ. Если например вы планируете установить солнечные батареи на крышу вашего дома и угол установки предопределен конструкцией, просто укажите его в поле ввода произвольного угла. Наш калькулятор будет вести расчет учитывая угол вашей крыши. 3. Очень важно правильно оценивать мощность потребителей электроэнергии вашей солнечной станции при подборе необходимого количества солнечных батарей.

В калькуляторе нагрузок для солнечной электростанции выберите электроприборы которые вы будете использовать, задайте их количество и мощность в ваттах, а также примерно время использования в сутки.

Например для небольшого дома выбираем:
  • Электролампа - 3шт мощностью 50Вт каждая, работают 6 часов в сутки - итого 0,9 кВт часов/сутки.
  • Телевизор - 1шт мощностью 150Вт, работает 4 часа в сутки - итого 0,6 кВт часов/сутки.
  • Холодильник - 1шт мощностью 200Вт, работает 6 часов в сутки - итого 1,2 кВт часов/сутки.
  • Компьютер - 1шт мощностью 350Вт, работает 3 часа в сутки - итого 1,05 кВт часов/сутки.

Телевизор современный с плоским экраном, светодиодный потребляет от 100 до 200 Вт, холодильник, в нем работает компрессор и работает не постоянно, а тогда когда нужен холод, т.е. чем чаще вы открываете дверь холодильника, тем больше электричества он съест. Обычно холодильник работает 6 часов в сутках, остальное время отдыхает. Компьютер например вы используете в среднем 3 часа в сутки. При заданных условиях потребления вы получите необходимую мощность для электропитания ваших электроприборов.

Для нашего примера это будет 3,75 кВт / час в сутки.

Давайте подберем необходимое количество солнечных панелей для нашего примера, в регионе Санкт-Петербург:

Возьмем солнечные модули 250Вт, установим оптимальный угол наклона предложенный программой равный 60 градусов. Увеличивая количество солнечных батарей мы увидим, что при установке 3х солнечных модулей 250Вт потребление наших электроприборов 3,75 кВт час сутки начинает перекрываться на графике выработке уже с апреля по сентябрь, что достаточно для тех людей которые например пребывают на даче летом. Если вы хотите эксплуатировать СБ круглогодично, то вам понадобится минимум 6 солнечных модулей по 250Вт, а лучше 9шт. Учтите также, что зимой с ноября по середину января в Питере солнца скорее нет, чем оно есть. И в данное время года вы будете использовать бензо-дизель генератор для подзарядки аккумуляторов.

Под графиком выработки находится сводная таблица с числовыми данными о выработке солнечной электростанции в удобном числовом виде.

Заполните форму ниже, отправьте нам данные своего расчета и получите коммерческое предложение для вашей солнечной электростанции.

Расчет солнечной электростанции с помощью калькулятора носит предварительный характер. Каждый объект является индивидуальным, для формирования окончательного предложения под «ключ» с учетом монтажа и технико-экономического обоснования мы рекомендуем провести консультацию с нашими специалистами по телефону или заказать выезд инженера к вам. По итогам общения наши специалисты подготовят и предоставят комплексное предложение по стоимости и монтажу вашей солнечной электростанции.

Для того, чтобы наши менеджеры смогли подготовить для Вас предварительные расчеты по стоимости оборудования и монтажу, отправьте нам данные своего расчета. Если информации будет недостаточно, наш специалист свяжется с Вами для уточнения.

realsolar.ru

Расчет солнечной электростанции - Автономный дом

Перед использованием любых альтернативных источников электроэнергии следует провести энергоаудит своей системы потребления, на основании которого следует принять меры по оптимизации энергопотребления. К примеру: замена в доме всех ламп накаливания на светодиодные которые при том же свете потребляют в 10 раз меньше энергии может привести к более чем двукратному снижению энергопотребления в доме в целом.

Что бы грамотно рассчитать солнечную электростанцию под свои нужды нам нужно определить всего 4 параметра:

  1. Суммарная мощность панелей
  2. Суммарная ёмкость аккумуляторов (буфера, в котором накапливается ток).
  3. Какой необходим контроллер заряда аккумуляторов?
  4. Какой необходим инвертор (устройство, преобразующее аккумуляторное напряжение в сетевое)?

Итак, по порядку:

1-е. Суммарная мощность солнечных панелей

Определяется следующим образом: мы должны посчитать, какое количество кВт потребляем в день, то есть берём мощность прибора, умножаем её на количество необходимых часов работы в сутки и суммируем полученные данные от всех приборов. Получаем определённую цифру кВт в сутки, которая нам требуется.

Или ещё проще и точнее (по возможности) если у Вас уже есть электричество и стоит счетчик, по которому Вы ежемесячно оплачиваете «нагоревшие» киловатт-часы: Берём среднемесячную цифру из «намотавшихся» киловатт, делим её на 30 (дней) и получаем нужный нам показатель!

Например: мы пришли к выводу, что нам необходимо аж 9кВт электроэнергии в сутки (270кВт в месяц).

Суточная мощность, вырабатываемая панелью, определяется умножением максимальной мощности панели на 5 часов её работы в сутки (световой день обычно даже зимой от раннего рассвета до поздних сумерек не менее 9 часов, но сюда накладываются облачность и осадки которые снижают производительность панели, поэтому берём 5 часов работы на максимальной мощности). Например: модель солнечной панели EW-310Вт множим на 5 часов = выработка в сутки 1550Вт, то есть 1.55кВт в сутки

Таким образом, что бы получить требуемые нам 9кВт энергии в сутки, нужно 6 панелей EW-310-A которые выработают в сутки суммарно 9.3кВт электроэнергии.

2-е. Суммарная ёмкость аккумуляторов в ампер-часах.

Получаемые 9.3кВт электроэнергии в течении светового дня нужно где то хранить. В одном 100% заряженном 100Ампер аккумуляторе хранится приблизительно 1кВт электроэнергии (примерно до 80-90% разряда).

Итак, что бы «вместить» 9.3кВт нам нужно кол-во киловатт умножить на 100 и мы получим размер требуемого аккумуляторного буфера в Амперах способный вместить наши киловатты 9.3 Х 100 = 930 Ампер ёмкости нам требуется.

Далее нам необходимо взять минимум 70% «Запас»: во-первых что бы аккумуляторы слишком глубоко не разряжались, т.е. не эксплуатировались на пределе возможностей. А во вторых… вдруг, в какой то из дней нам потребуется повышенное потребление не 7 – 11кВт как обычно потребляется, а скажем 15квт. Соответственно 930 Ампер + 70% = 1 581 Ампер!

Округляем эту цифру в большую сторону кратно 200 Амперам и получаем 1 600 Ампер.

Возьмем, к примеру, аккумуляторы по 200ампер ёмкости. Итого получается нам нужно 8 штук аккумуляторов в качестве буфера.

На заметку: буфер в солнечных системах в отличии от ветряных не имеет смысла делать слишком большим по той причине что задача аккумуляторного буфера накопить и хранить энергию до нового её поступления. У ветрогенераторов этого поступления может не быть несколько дней к ряду (период штиля), а вот у солнечных панелей такого быть не может (ну не бывает же такого, что бы несколько дней подряд не светало, если Вы не на северном полюсе). Рассвет есть каждый день, а значит и заряд есть каждый день!

3-е. Какой необходим контроллер?

Контроллер является сердцем солнечной системы и именно от него зависит её эфективность и производительность в целом.

Пример: один контроллер благодаря своей технологичности способен «отжать» из одинакового массива солнечных панелей в 2 раза больше электроэнергии в аккумуляторы, чем другой.

ВАЖНО! – Контроллер должен быть высоковольтным со стороны солнечных панелей (давать возможность панели собирать в последовательные сборки, т.е. наращивать напряжение). Именно это обеспечивает в условиях совсем не приближённых к Африканской саванне (не много солнечных дней + короткие световые дни зимой) нормальную выработку солнечной электростанции.

Итак, у нас 6 панелей по 310Вт (1860Вт установленной мощности), оптимальным будет контроллер способный обеспечить последовательное подключение хотя бы до 2-х (в идеале до 3-х) в высоковольтную сборку для обеспечения выработки от них в пасмурные дни.

Далее эти высоковольтные сборки (если по 2 панели то их будет в нашем случае 3), (если по 3 панели последовательно, то таких сборок будет 2) параллельно соединяются на один контроллер.

Например: солнечная панель EW-310Вт имеет напряжение холостого хода 46 вольт и ток около 9 ампер, что бы соединить в сборку последовательно 3 таких панели и потом параллельно соединить 2 таких сборки, нам нужен контроллер, способный выдерживать напряжение на входе от 140 вольт и ток не менее 20 Ампер

4-е. Какой необходим инвертор?

Важно определить какую максимальную пиковую нагрузку Вы собираетесь подключать к электросети одновременно (можете просто суммировать мощность всех имеющихся в доме электроприборов). И именно по этому показателю следует подобрать себе инвертор в широкой гамме мощностей от 1.3кВт до 570кВт (мы предлагаем более 30 моделей высококачественных инверторов МАП).

Расчёт параметров солнечной электростанции для дома Как оптимально рассчитать параметры солнечной установки под свои потребности? Перед использованием любых альтернативных источников электроэнергии следует провести энергоаудит своей системы

Источник: energywind.ru

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:

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:

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:

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:

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.

Расчёт энергоотдачи солнечной электростанции Расчёт энергоотдачи солнечной электростанции

Источник: solarempire.ru

1) Выбор компоновки СЭС (солнечной электростанции) всегда начинаем с определения нагрузки потребителя. Необходимо рассчитать потребление энергии в светлое время суток, в темное время, максимальную нагрузку потребителя и пиковые значения мощности (для оборудования с двигателями).

Расчет потребляемой энергии производится путем суммирования произведения установленной мощности электроприбора на время его работы.

Потребление энергии определяется как сумма мощностей всех электроприборов, умноженных на время работы (расчет проводим отдельно для светлого и темного времени суток).

Pmax определяется как сумма мощностей электроприборов, работающих одновременно, а дополнительно учитывает пиковые токи, возникающие при пуске электродвигателей.

2) Выбор инвертора проводится по двум критериям: номинальной мощности и пиковой мощности, которую инвертор может выдержать в течение нескольких секунд.

3) Суммарная энергия нагрузки на стороне постоянного тока инвертора будет отличаться от потребляемой. Это связано с потерей энергии на преобразование постоянного тока в переменный:

где ηинв – КПД инвертора.

4) Определение минимально необходимой мощности солнечных установок производим по следующей формуле:

где Tcc — продолжительность светового дня. Это весьма условный параметр. Надо понимать, что продолжительность светового дня — это не время от восхода Солнца до заката, а время активной работы солнечной панели на максимальную мощность при высоких приходах солнечного излучения. Зависит в основном от облачности и времени года. Варьируется в пределах от 1 до 10.

а ЭСФЭУ – количество электроэнергии, которое необходимо получать от солнечных панелей, определяется по следующей формуле:

5) Для обеспечения потребителя энергией в течение ночи, необходимо устанавливать АКБ (аккумуляторные батареи), общей емкостью не менее:

где α – коэффициент, показывающий глубину разряда для АКБ (максимальное количество энергии, которое может обеспечить батарея при нормальном режиме работы).

6) Аккумуляторные батареи также имеют потери при заряде-разряде.

где, ηАКБ — КПД заряда-разряда АКБ.

7) Далее, определив количество и тип солнечных панелей, приступаем к выбору контроллера. При этом ток от солнечных панелей не должен превышать допустимого значения, на которое рассчитан контроллер. Для каждой из панелей, значение тока определяется по следующей формуле:

где I – ток одной солнечной панели, а U – напряжение этой панели.

Суммарный ток и напряжение в системе будет зависеть от количества и способа подключения солнечных панелей (Рис.1).

Напряжения солнечных панелей и АКБ должно совпадать. Если напряжения разные, необходимо привести их к одному, за счет изменения схемы соединения аккумуляторов (Рис.2).

Для заданного коттеджа определить состав СЭС.

Существующие потребители: холодильник 150 Вт; телевизор 100 Вт (работает 3ч днем и 2ч ночью); компьютер 250 Вт (2ч днем); пылесос* 400 Вт (0,5ч днем). Продолжительность светового дня примем равной 10 часов.

1) Определим значения потребляемой энергии и значения мощности:

Pmax = 150+100+250+400 = 900 Вт*ч

Pпик = 150+100+250+400*3= 1700 Вт*ч

2) В соответствии с полученными значениями, необходимо взять инвертор NC-1000-S (номинальная мощность 1000 Вт, максимальная 2000 Вт). КПД для таких инверторов равняется не менее 87%, а значит, энергия нагрузки на стороне постоянного тока составит:

3) Для обеспечения потребителя ночью (за счет разряда батарей Э раз АКБ = Э нч нагр), необходима установка аккумуляторных батарей, общей емкостью:

где α = 0,4 (т.е. аккумуляторы можно разряжать на 40% от номинальной емкости).

Приводим полученное значение к напряжению батареи (12 В).

Рекомендуется устанавливать батареи с небольшим запасом.Выбираем 6 батарей, емкостью 100Ач.

4) Аккумуляторные батареи также имеют потери при заряде-разряде:

где, — КПД заряда-разряда для гелиевых аккумуляторов.

5) Количество электроэнергии, которое необходимо получать от солнечных панелей:

6) Общая установленная мощность солнечных панелей:

Выбираем 3 панели ZDNY-200P54 по 200 Вт.

7) Ток от каждой панели составляет:

Тогда суммарный ток при соединении панелей параллельно составит:

Следовательно, необходимо использовать контроллер SS30A-24V .

*- прибор имеет пусковой ток (для пылесоса он составляет 3х-кратное значение).

Расчет солнечной электростанции, Weswen Пример расчета мощности солнечной электростанции и подбора вспомогательного оборудования.

Источник: weswen.ru

Домашняя солнечная электростанция представляет собой полноценную, независимую энергосистему. Сердцем любой гелиостанции являются солнечные батареи, которые улавливают лучевую энергию Солнца и преобразуют ее в электрическую. Существует несколько типов таких батарей. Выбор конкретной разновидности, габаритов и количества модулей зависит от требуемой мощности.

Кроме самих батарей, в систему входят инвертеры, которые преобразуют постоянный ток от батарей в переменный, используемый в домашней сети.

Выработка энергии гелиосистемой напрямую зависит от погодных условий и времени суток. Поэтому что бы и после захода Солнца в домашней сети было напряжение, система дополняется аккумуляторами.

Как видим, что бы система обеспечивала бесперебойное электроснабжение при любой погоде покупкой нужного количества фотомодулей не ограничишься. Потратиться придется еще и на контроллеры заряда, соединительные и питающие кабели, распределительные короба. Такие первоначальные расходы на оборудование кажутся неподъемными, но, как показывает практика их применения, даже при существующих низких тарифах на электроэнергию срок окупаемости для частной системы – 8-9 лет (окупаемость СЭС при поставке солнечной энергии в гос.сети — около 4 лет). Однако стоит помнить, что традиционные энергоресурсы постоянно дорожают, а энергия Солнца постоянно будет бесплатной.

В Беларуси максимум ясных дней приходится на март-апрель, лишь на юго-востоке — на июль-сентябрь. В Минске можно использовать то же количество энергии, что и в Варшаве, Берлине, Амстердаме, Лондоне.

Рассчитывают параметры солнечной электростанции для дачи или коттеджа в несколько этапов.

Необходимо определить норму энергопотребления на месяц. Для этого прежде всего нужно составить перечень всех бытовых приборов и другого электрооборудования. Затем надо подсчитать, сколько энергии потребляет каждый из них. Для этого мощность прибора (по паспорту) нужно умножить на примерное время его работы за день. Таким образом определяется суточная норма. Месячная же норма для дома складывается из суточных значений для всех приборов.

Продолжительность солнечного сияния составляет 1750-1900 часов в год.

Нужно выяснить, сколько энергии может дать домашняя солнечная электростанция с учетом местного климата. Эти данные зависят от уровня солнечной активности и их можно либо найти в метеорологических базах, либо узнать у производителя солнечных батарей. При этом обязательно учитывается солнечная радиация (среднегодовая), а также ее значения по месяцам при худших погодных условиях.

Для определения количества фотобатарей надо желаемую энерговыработку разделить на производительность одной батарей (из предыдущего этапа). При этом систему надо обязательно проектировать с запасом, так как готовые солнечные электростанции не всегда выдают заданную проектную мощность.

Подбор дополнительных элементов. Аккумуляторы для солнечных систем должны обладать низким уровнем саморазряда и сохранять энергию не менее 4 дней. При этом лучше использовать изделия одного производителя. Выбирая же инвертор, стоит учитывать, что в идеале разные группы нагрузок должны питаться от разных инверторов. Поэтому количество этих устройств и их характеристики зависят от особенностей энергосети дома.

Таким образом, не так уж сложно подобрать домашнюю солнечную станцию, цена и параметры которой будут отвечать всем требованиям.

Как рассчитать параметры солнечной электростанции для частного дома? Как рассчитать параметры солнечной электростанции для частного дома? Домашняя солнечная электростанция представляет собой полноценную, независимую энергосистему. Сердцем любой гелиостанции

Источник: dom-expert.by

Выдержка из работы

1. Михеев Г. М. Электростанции и электрические сети. Диагностика и контроль электрооборудования / Г. М. Михеев . М.: ИД «Додэка ХХ1″, 2010. 224 с.

2. Якобсон И. Я. Наладка и эксплуатация переключающих устройств силовых трансформаторов. М.: Энергоатомиздат, 1985. 120 с.

МИХЕЕВ ГЕОРГИЙ МИХАЙЛОВИЧ. См. с. 207.

KALANDAROV KHUSEYNDZHON UMAROVICH — post-graduate student of Electric Power Industry Chair, Chuvash State University, Russia, Cheboksary.

УДК 620. 92:620. 97:620.4 ББК З63

МЕТОДИКА РАСЧЕТА МОЩНОСТИ СОЛНЕЧНЫХ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ

Ключевые слова: солнечный модуль, солнечная электростанция, автономная солнечная электростанция, импульсный преобразователь постоянного напряжения, автономный инвертор напряжения.

Разработана методика расчета мощности автономных солнечных электростанций и ее элементов, позволяющая учитывать изменение нагрузки в течение суток и тем самым точно определять требуемую емкость аккумуляторной батареи и исключить неоправданное завышение мощности элементов электростанции и удорожание самой автономной солнечной электростанции.

G.P. OKHOTKIN THE METHOD OF CALCULATING POWER OF SOLAR POWER

Key words: solar module, solar power station- Autonomous solar power- pulse Converter DC voltage- Autonomous inverter voltage.

Developed the method of calculating power of the Autonomous solar power and its elements, which allows to take into account the variation of the load during the day and thus accurately determine the required capacity of the battery and to exclude unjustified overestimation of the capacity of elements of the power plant and the appreciation of the Autonomous solar power plant.

Выработка электроэнергии при помощи электростанций на солнечных элементах применяется сегодня практически во всем мире и объемы использования солнечных батарей постоянно растут. Этому способствуют множество факторов, основными из которых являются использование альтернативных (возобновляемых) источников энергии, которые в последнее время приобретают все большую актуальность и полное отсутствие каких-либо движущихся частей, благодаря чему срок их службы практически не ограничен [1]. Электростанции на солнечных элементах постоянно совершенствуются. Сегодня они могут использоваться как дополнительные источники электроснабжения, работающие совместно с другими или полностью автономные.

Солнечные электростанции, не связанные с промышленной электросетью, т. е. автономные солнечные электростанции (АСЭ), предназначены для электроснабжения небольшого загородного дома, дачи, спортивных площадок, узлов связей и т. д. , т. е. потребителей, удаленных от электросетей, подведение электричества для которых обычно влечет высокие финансовые и трудовые затраты.

Бывают АСЭ со стабилизированным и нестабилизированным выходным напряжением [2]. Функциональные схемы автономных солнечных электростанций состоят из солнечных батарей, необходимой мощности — для преобразования солнечного све-

та в электроэнергию- импульсных преобразователей постоянного напряжения — для приведения плавающего напряжения солнечных модулей и аккумуляторных батарей к стабильному напряжению и зарядки аккумуляторных батарей, которые могут быть объединены в контроллер заряда-разряда аккумуляторных батарей- аккумуляторных батарей — для аккумулирования и хранения электроэнергии- автономного инвертора напряжения — для преобразования постоянного тока в переменный 220 В и питания бытовых электроприборов.

Для проектирования автономных солнечных электростанций требуется определение номинальной мощности солнечных модулей, их количества, ёмкости аккумуляторных батарей, мощностей инвертора и контроллера заряда-разряда. При этом необходимыми данными для расчета мощности солнечной электростанции являются: район расположения- существующие подводки (если они имеются) — общая площадь дома- количество помещений- используемые электроприборы- наличие отопления и горячего водоснабжения- суммарная максимальная мощность всех электроприборов- примерное время работы каждого электропотребителя.

Данные вопросы в доступной литературе освещены недостаточно полно, поэтому разработка методики расчета мощности автономных солнечных электростанций и ее элементов, является актуальной задачей.

Целью данного исследования является разработка методики расчета мощности автономных солнечных электростанций, которая для удобства представления разбита на несколько основных этапов. Рассмотрим подробнее методику расчета по предложенным этапам.

Этап 1. Расчет выходной мощности АСЭ. При проектировании автономной солнечной электростанции сначала нужно составить список всех потребителей электроэнергии, выяснить их потребляемую мощность, напряжение и внести в список (табл. 1). Потребители переменного напряжения (.№ 1-№ 4, табл. 1) подключаются к основной шине питания АСЭ через индивидуальные автономные инверторы напряжения, а потребители постоянного напряжения Н1, Н2 (№ 7 и № 8, табл. 1) со значениями напряжения, отличающимися от номинального значения напряжения основной шины -через импульсные преобразователи постоянного напряжения как повышающего, так и понижающего типов. Потребитель (.№ 5, табл. 1) подключается „напрямую“ к основной шине питания, а потребитель (.№ 6, табл. 1) подключен к дополнительной шине питания, т. е. к отдельной аккумуляторной батарее АСЭ. За основную шину питания, принимается шина, к которой в ночное время суток подключается аккумуляторная батарея АСЭ либо напрямую, либо через повышающий ИППН. В нашем примере в качестве основной шины питания принята шина с напряжением = 24 В, соответствующим напряжению аккумуляторной батареи АСЭ.

В случае присутствия в списке потребителей нагрузок с различными типами и значениями напряжений питания необходимо пересчитать их мощности на основную шину питания АСЭ. Тогда мощности отдельных нагрузок на основную шину питания пересчитываются по формуле:

где Рн, , — мощность /-го потребителя- Рос, , — мощность /-го потребителя, пересчитанная на основную шину АСЭ- л — КПД /-го автономного инвертора напряжения или /-го импульсного преобразователя постоянного напряжения для потребителей, соответственно, переменного и постоянного токов (в табл. 1 КПД АИН и ИППН принимается равным 0,8). Если потребитель постоянного тока подключается к основной шине питания „напрямую“ или питается от отдельной аккумуляторной батареи напряжением, меньшим напряжения аккумуляторной батареи АСЭ (.№ 6, табл. 1), то в формуле пересчета (1) КПД принимается равным единице.

Затем нужно оценить, сколько времени в течение суток используются те или другие электроприборы, и, умножив мощность прибора на время его работы, определить еже-

дневную потребность в электроэнергии, эти данные записать в соответствующие колонки таблицы. Так составляется таблица общего энергопотребления за сутки.

Таблица общего энергопотребления за сутки

№ п/п Нагрузка Напряжение, мощность Мощность на основной шине, Вт Время работы, ч/сут. Энергопотребление, Вт-ч/сут.

1. Электрический чайник, АИН

220 В, 1000 Вт 1250 0,25 312,5

220 В, 1200 Вт 1500 0,25 375

3. Холодильник, АИН

220 В, 250 Вт 312,5 12 3750

4. Телевизор, АИН

220 В, 150 Вт 187,5 4 750

5. Освещение зала = 24 В, 100 Вт 100 4 400

6. Освещение кухни и туалета = 12 В, 50 Вт 50 5 250

7. Потребитель Н1, ИППН = 48 В, 120 Вт 150 5 750

8. Потребитель Н2, ИППН = 12 В, 90 Вт 112,5 3 337,5

Солнечная электростанция может питать много электроприборов при условии, что их энергопотребление не превышает количества электроэнергии, произведенной АСЭ. Список потребителей электроэнергии содержит нагрузки, работающие либо постоянно, либо непостоянно (редко, очень редко). В свою очередь, нагрузки, работающие непостоянно, подразделяются на нагрузки, работающие с фиксированным и плавающим интервалом работы (например, холодильник — № 3, табл. 1). Игнорирование этих факторов может привести к неоправданному завышению выходной мощности и удорожанию автономной солнечной электростанции. Поэтому необходимо правильно определить выходную мощность автономной солнечной электростанции.

Для удешевления АСЭ необходимо составить график изменения нагрузки за сутки, т. е. зависимости суммарной мощности нагрузки потребителей, работающих в текущий момент времени, от времени в течение сутки. При этом необходимо исключить одновременную работу потребителей большой мощности или большого числа потребителей малой мощности и распределить подключение нагрузок во времени так, чтобы выходная мощность АСЭ стремилась к минимуму. Например, примем, что СВЧ-печь подключается к сети только после выключения электрического чайника (№ 1 и № 2, табл. 1). Причем для гарантии последовательного подключения потребителей и удешевления АСЭ их подключение должно производиться к одному АИН с одной розеткой подключения.

При составлении графика изменения нагрузки не представляется возможным точно определить интервалы включения нагрузок с плавающим интервалом работы (холодильник, табл. 1). Поэтому при составлении графика изменения нагрузки для упрощения принимаем, что такие нагрузки являются постоянно действующими.

С учетом вышеприведенных обстоятельств составляется график изменения нагрузки за сутки в виде таблицы (табл. 2). Суммарные мощности нагрузок на выделенных интервалах времени рассчитываются по формуле

где N — число потребителей, включенных в сеть нау-м интервале времени.

График изменения нагрузки за сутки

Мощность наг рузки на интервалах времени, Вт

1. Электрический чайник 1250 1250 1250

2. СВЧ-печь 1500 1500 1500

4. Телевизор 187,5

5. Освещение зала 100

6. Освещение кухни и туалета 50 50 50

7. Потребитель Н1 1 1 150 1 1 150 1 1 150

8. Потребитель Н2 112,5

Такие электроприборы, как холодильник, насосы, электродрель и ряд других, в момент пуска потребляют мощность в 5−6 раз больше „паспортной“. Если таких потребителей с высокой мощностью достаточно много, то это может привести к увеличению выходной мощности и удорожанию автономной солнечной электростанции. В этом случае целесообразно исключить одновременное включение таких электроприборов и осуществить потребление пусковых мощностей от аккумуляторных батарей.

В течение дневного времени суток солнечная батарея заряжает аккумуляторную батарею и обеспечивает питанием потребителей. Принимаем за интервал дневного времени суток: летом Atдв = 14 ч (с 600 до 2000), зимой = 8 ч (с 800 до 1600). Тогда выходная мощность автономной солнечной электростанции определяется как максимальная мощность нагрузки за интервал летнего дневного времени суток по формуле

где М — число выделенных интервалов времени, входящих в интервал летнего дневного времени суток.

Согласно табл. 2 выходная мощность автономной солнечной электростанции составляет Рн = 1862,5 Вт, которая будет использоваться для расчета мощности солнечной батареи АСЭ.

Рассмотренная выше методика расчета выходной мощности АСЭ учитывает изменение во времени значения мощности нагрузки и является общим случаем. В частном случае нагрузка АСЭ не изменяется, т. е. является постоянной. К таким потребителям относятся сотовые станции, системы оперативного питания электрических станций и подстанций, светофоры и др. В этом случае выходная мощность автономной солнечной электростанции должна соответствовать суммарной мощности нагрузок.

Этап 2. Расчет емкости аккумуляторной батареи АСЭ. В ночное время суток накопленная в аккумуляторной батарее автономной солнечной электростанции энергия потребляется нагрузкой. Энергия (энергоемкость) аккумуляторной батареи определяется как произведение ее емкости на номинальное напряжение. Емкость показывает потенциал аккумуляторной батареи, т. е. сколько времени она сможет питать нагрузку, если будет полностью заряжен. Емкость измеряется в ампер-часах. По мере разряда напряжение и энергоемкость аккумуляторной батареи падают. Расход емкости ДС аккумуляторной батареи АСЭ за время питания нагрузки Д/нв определяется как

где Рн — номинальная мощность нагрузки- ин — номинальное напряжение нагрузки- Д4в — интервал ночного времени суток (в летнее время Д/нв = 10 ч, зимой — Д/нв = 16 ч) — Д/дв — интервал дневного времени суток.

Глубокий разряд может вывести аккумулятор из строя. Поэтому производители аккумуляторов устанавливают конечное напряжение разряда, при достижении которого аккумулятор необходимо отключать от нагрузки и заряжать. Чтобы аккумулятор служил долго, его нельзя разряжать более чем на 70−80%. Степень разряженности аккумуляторной батареи АСЭ

Выразив из (5) емкость Сн с учетом (4) получаем выражение для определения требуемой емкости аккумуляторной батареи АСЭ в виде

Уравнение (6) позволяет легко рассчитать требуемую емкость аккумуляторной батареи АСЭ при постоянной нагрузке. Наиболее тяжелым режимом эксплуатации аккумуляторных батарей АСЭ является зимнее время, поэтому при расчетах по формуле (6) принимают Д/нв = 16 ч, а степень разряженности аккумуляторной батареи -Ор = 70%.

Чем больше выходное напряжение АСЭ, тем меньше емкость, ток разряда 1р = Рн/Тн аккумуляторной батареи и ниже ее цена. Для стационарных (промышленных) свинцовых аккумуляторов максимальный ток разряда ограничен значением, которое численно в амперах составляет от 5 до 25 емкостей аккумулятора. Чем меньше ток АСЭ, тем меньше омические потери мощности, выше КПД и, следовательно, ниже стоимость солнечной электростанции. Поэтому выгодно иметь электрические системы высокого напряжения. Причем, чем больше мощность электростанции, тем больше выигрыш высоковольтной системы по сравнению с низковольтной.

В прошлом почти во всех фотоэлектрических системах использовалось постоянное напряжение 12 В, поэтому широко применялись приборы на 12 В, питавшиеся прямо от батареи. С появлением эффективных и надежных инверторов все чаще в АСЭ используется напряжение 24, 48 В и выше. Так, автономные солнечные электростанции, производящие и потребляющие менее 1000−1500 Вт-ч в день, лучше всего сочетаются с напряжением в 12 В. АСЭ, производящие 1000−3000 Вт-ч в день, обычно используют напряжение 24 В, а АСЭ, производящие более 3000 Вт-ч в день, используют 48 В и выше.

Напряжение в системе — очень важный фактор, который влияет на параметры инвертора, средств управления, зарядного устройства и электропроводки. Однажды купив все эти компоненты, их трудно заменить. Некоторые компоненты системы, например, фотоэлектрические модули, можно переключить с 12 В на более высокое напряжение, другие — инвертор, проводка и средства контроля — предназначены для определенного напряжения и могут работать только в его рамках.

Аккумуляторная батарея АСЭ с емкостью Сн набирается из отдельных серийно производимых аккумуляторных батарей небольшой емкости путем последовательного и параллельного их соединения. Последовательное соединение отдельных аккумуляторных батарей используется для увеличения напряжения, а емкость ветви аккумуляторной батареи при этом соответствует емкости отдельной аккумуляторной батареи. Получившаяся при параллельном соединении аккумуляторная батарея имеет то же напряжение, что и одиночная аккумуляторная батарея, а емкость такой аккумуляторной батареи равна сумме емкостей входящих в нее одиночных аккумуляторных батарей.

Энергоемкость аккумуляторной батареи автономной солнечной электростанции вычисляется как

Число последовательно включенных одиночных аккумуляторных батарей в ветви

где иаб — напряжение отдельной аккумуляторной батареи.

Число параллельных ветвей в аккумуляторной батарее АСЭ

т = Сн/ Саб & gt- (9)

где Саб — емкость отдельной аккумуляторной батареи.

Тогда общее число отдельных аккумуляторных батарей в аккумуляторной батарее АСЭ соответствует

Подставив в (10) уравнения (6)-(9), получаем соотношение для определения общего числа одиночных аккумуляторных батарей, входящих в аккумуляторную батарею АСЭ в виде:

где = Сабиаб — энергоемкость отдельной аккумуляторной батареи. Чем больше энер-

гоемкость или емкость при заданном напряжении аккумулятора, тем меньше отдельных аккумуляторов потребуется в аккумуляторную батарею АСЭ. Выбрав аккумулятор заданной емкости из уравнений (6) и (9), можно составить выражение для определения напряжения аккумуляторной батареи АСЭ в виде

В общем случае нагрузка АСЭ непостоянная, т. е. изменяется во времени. Изменение нагрузки согласно табл. 2 на интервале ночного времени суток (с 1600 до 800) можно аппроксимировать графиком, представленным на рис. 1. Для упрощения графика нагрузка представлена двумя значениями Рн1 = 1863 Вт и Рн2 = 600 Вт на пяти интервалах времени. Объединяя представленные на графике (рис. 1) интервалы времени с одинаковыми значениями нагрузок, получаем двухступенчатый график изменения нагрузки (рис. 2, а). Интервалы времени М и Д/2, определенные как сумма интервалов времени с нагрузкой Рн1 и Рн2, соответственно, равны Д/1 = 1/3 ч и Д/2 = 15−2/3 ч.

График изменения емкости аккумуляторной батареи автономной солнечной электростанции при двухступенчатой нагрузке представлен на рис. 2, б. На первом интервале времени расход емкости аккумуляторной батареи определяется как

Рис. 1. Упрощенный график изменения нагрузки

Рис. 2. Графики изменения нагрузки (а) и ёмкости АБ (б)

Учитывая, что ДС = ДС + ДС2, из (5), (13) и (14) получаем выражение для определения требуемой емкости аккумуляторной батареи автономной солнечной электростанции в виде

Очевидно, что расчет по уравнению (15) дает завышенную требуемую емкость аккумуляторной батареи. Для более точного определения требуемой емкости необходимо как можно точнее учесть изменение графика нагрузки на интервале ночного времени суток.

Этап 3. Расчет мощности зарядного устройства АСЭ. Зарядка аккумулятора -процесс обратный разрядке аккумулятора — во время зарядки, аккумулятор запасает энергию, питаясь от внешнего источника тока или солнечной батареи. После полной зарядки аккумулятор накапливает заряд, равной емкости аккумулятора.

В практике эксплуатации аккумуляторных батарей пользуются, как правило, одним из двух методов заряда батареи: заряд при постоянстве тока или заряд при постоянстве напряжения. Оба эти метода равноценны с точки зрения их влияния на долговечность батареи.

Заряд при постоянстве тока производится током, значение которого равно 10% от номинальной емкости при 20-часовом режиме разряда. Для большинства стационарных свинцовых аккумуляторов этот ток написан на его корпусе. Максимальное значение зарядного тока составляет от 0,2 до 0,3 емкости аккумулятора. Для поддержания постоянства тока в течение всего процесса заряда необходимо регулирующее устройство. Недостаток такого способа заряда — необходимость постоянного контроля и регулирования зарядного тока, а также обильное газовыделение в конце заряда. Для снижения газовыде-ления и повышения степени заряженности батареи целесообразно ступенчатое снижение силы тока по мере увеличения зарядного напряжения. Когда напряжение достигнет 14,4 В, зарядный ток уменьшают в два раза и при таком токе продолжают заряд до начала газовыделения. При заряде батарей, которые не имеют отверстий для доливки воды, целесообразно при увеличении зарядного напряжения до 15 В еще раз уменьшить ток в два раза. Батарея считается полностью заряженной, когда ток и напряжение при заряде сохраняются без изменения в течение одного-двух часов. Для современных необслуживаемых батарей такое состояние наступает при напряжении 16,3−16,4 В.

Температура электролита во время заряда батарей возрастает, поэтому необходимо контролировать ее значение, особенно к концу заряда. Если к концу заряда плотность электролита отличается от нормы, необходимо произвести корректировку доливкой дистиллированной воды в случаях, когда плотность выше нормы, или доливкой раствора серной кислоты плотностью 1,4 г/см3, когда она ниже нормы.

При заряде при постоянстве напряжения степень заряженности аккумуляторной батареи по окончании заряда напрямую зависит от значения зарядного напряжения. Так, например, за 24 ч непрерывного заряда при напряжении 14,4 В полностью разряженная 12-вольтовая батарея зарядится на 75−85%. При напряжении 15 В — на 8590%, а при напряжении 16 В — на 95−97%. Полностью зарядить разряженную батарею в течение 20−24 ч можно при напряжении зарядного устройства 16,3−16,4 В. В первый момент включения зарядного устройства ток может достигать 40−50 А и более. Поэтому зарядное устройство должно снабжаться схемными решениями, ограничивающими максимальный ток заряда.

Для полного заряда аккумуляторных батарей в сокращенное время применяется ускоренный комбинированный способ заряда, заключающийся в заряде в два этапа. На первом этапе заряд осуществляется постоянным током до достижения напряжения 14,5 В, на втором этапе — при постоянном напряжении 13,8 В. Иногда этот метод быстрой зарядки называют заряд методом 1-и (ток-напряжение). Метод позволяет полностью зарядить свинцовый аккумулятор примерно за шесть часов при начальном токе заряда 20% от ем-

кости. Быстрый заряд чаще применяется при эксплуатации аккумуляторов в циклическом режиме, т. е. в АСЭ.

Исходя из вышесказанного, следует, что для заряда 12-вольтового аккумулятора (иаб = 12 В) необходимо иметь максимальный ток заряда /тах, зар = 0,2 С/1 ч и максимальное выходное напряжение зарядного устройства итах, зар = 16,5 В. В общем случае аккумуляторная батарея автономной солнечной электростанции состоит из п последовательно включенных одиночных аккумуляторных батарей. В этом случае выходная мощность зарядного устройства равняется:

Рзу = п1тах, заритах, зар = 1,375п1тах, зариаб. (16)

Зарядка свинцовых аккумуляторов, соединенных последовательно, представляет опасность. При зарядке соединенных последовательно аккумуляторов с разными емкостями их параметры (энергоемкость, напряжение) все больше и больше расходятся, т. е. «разбегаются». Поэтому на практике широко применяют зарядку отдельных аккумуляторов от индивидуальных зарядных устройств. Для отдельного заряда аккумуляторных батарей потребуется п зарядных устройств в п раз меньшей мощности.

Этап 4. Расчет мощности основной шины АСЭ. Все потребители электроэнергии и зарядное устройство аккумуляторной батареи автономной солнечной электростанции питаются через основную шину. Для правильного выбора сечения основной шины и определения мощности солнечных батарей АСЭ необходимо знать пропускную мощность основной шины. Пропускная мощность основной шины АСЭ определяется как сумма мощностей нагрузки и заряда аккумуляторной батареи:

Рош = Рн + Рзу/Л2, (17)

где Рн — мощность нагрузки АСЭ- Рзу — мощность зарядного устройства АСЭ- л2 -КПД зарядного устройства АСЭ.

Этап 5. Расчет мощности солнечных батарей АСЭ. Расчет мощности солнечных батарей необходим для правильного их выбора и обеспечения необходимым количеством электроэнергии автономной солнечной электростанции. Требуемая мощность солнечной батареи определяется соотношением

Рсб = Рош /Л = Рн /Л + Рзу /П1П 2, (18)

где & quot-Лі – КПД импульсного преобразователя постоянного напряжения понижающего типа.

Количество вырабатываемой электроэнергии солнечной батареей зависит от погодных условий. Для учета этого фактора необходимо определить количество солнечной энергии, на которое можно рассчитывать в данной местности. Обычно эти данные можно получить у местного поставщика солнечных батарей или на гидрометеостанции. При этом важно учитывать два фактора: среднегодовую солнечную радиацию, а также ее среднемесячные значения при наихудших погодных условиях.

С помощью первого фактора фотоэлектрическую систему можно рассчитать в соответствии со среднегодовой солнечной радиацией, т. е. в некоторые месяцы будет больше энергии, чем требуется, а в другие — меньше. При выборе второго фактора всегда будет, как минимум, достаточно энергии для удовлетворения потребностей, если исключить чрезвычайно продолжительные периоды плохой погоды.

Теперь можно подсчитать номинальную мощность фотоэлектрического модуля.

Взяв из таблиц значение солнечной радиации за интересующий нас период и разделив его на 1000, получим так называемое количество пикочасов, т. е. условное время, в течение которого солнце светит как бы с интенсивностью 1000 Вт/м2.

Модуль мощностью Рм& gt- в течение выбранного периода выработает следующее количество энергии:

где Е — значение инсоляции за выбранный период- к — коэффициент, равный 0,5 и 0,7 в летний и зимний периоды, соответственно. Он делает поправку на потерю мощно-

сти солнечных элементов при нагреве на солнце, а также учитывает наклонное падение лучей на поверхность модулей в течение дня. Разница в его значении зимой и летом обусловлена меньшим нагревом элементов в зимний период.

Исходя из суммарной мощности потребляемой энергии и приведенной выше формулы, легко рассчитать суммарную мощность модулей, простым делением ее на мощность одного модуля получим количество модулей.

Используя фотоэлектрические модули разной мощности, можно построить солнечную батарею с необходимой нам установленной мощностью. При этом возможны два варианта: либо недостаточная, либо избыточная мощность солнечных батарей. В первом случае солнечная батарея не сможет удовлетворить общую потребность в энергии. Во втором случае у вас будет избыток электроэнергии [3].

Этап 6. Расчет КПД АСЭ. Оценка эффективности работы автономной солнечной электростанции определяется коэффициентом полезного действия. КПД АСЭ определяется соотношением

Этап 7. Выбор автономных инверторов напряжения АСЭ. При выборе инвертора необходимо посчитать всю суммарную нагрузку приборов, подключаемых к инвертору, и увеличить, как минимум, на 30% полученную мощность. Выбранный на эту мощность инвертор позволит запускать такие электроприборы, как компрессорный холодильник, насосы и др., с пусковыми мощностями, в 3−4 раза превышающими паспортный.

В рассматриваемом случае автономный инвертор напряжения последовательно питает электрический чайник и СВЧ-печь через одну розетку. Причем мощность СВЧ-печи больше мощности электрического чайника. Поэтому мощность инвертора составляет 1950 Вт и определяется путем увеличения на 30% мощности СВЧ-печи, пересчитанной на основную шину.

Выводы. 1. Разработана методика расчета мощности автономных солнечных электростанций и ее элементов, позволяющая учитывать изменение нагрузки в течение суток.

2. Учет изменения графика нагрузки на интервале ночного времени суток позволяет точно определить требуемую емкость аккумуляторной батареи.

3. Выражение для определения требуемой емкости аккумуляторной батареи автономной солнечной электростанции может быть без труда обобщено для любого числа изменений ступенек графика нагрузки.

4. Разработанная методика расчета мощности автономных солнечных электростанций позволяет исключить неоправданное завышение мощности элементов электростанции и удорожание автономной солнечной электростанции.

1. Аронова Е. С. , Охоткин Г. П. , Теруков Е. И. , Шварц М. З. Особенности работы тонкопленочных солнечных модулей на основе кремния в составе электростанции на широте г. Чебоксары // Динамика нелинейных дискретных электротехнических и электронных систем: материалы IX Всерос. науч. -техн. конф. Чебоксары: Изд-во Чуваш. ун-та, 2011. С. 222−224.

2. Охоткин Г. П. , Серебрянников А. В. Основные принципы построения автономных солнечных электростанций [Электронный ресурс] // Современные проблемы науки и образования. 2012. № 6. URL: http: // www. science-education. ru/106−7345 (дата обращения: 09. 11. 2012).

3. Солнечная инсоляция — справочные таблицы [Электронный ресурс]. // Альтернативная энергетика: сайт URL: http: //alternativenergy. ru/solnechnaya-energetika/312-solnechnaya-insolyaci-ya. html (дата обращения: 27. 10. 2012).

Реферат: Методика расчета мощности солнечных электростанций Литература 1. Михеев Г. М. Электростанции и электрические сети.

Источник: sinp.com.ua

avtonomny-dom.ru

Расчет СЭС

1) Выбор компоновки СЭС (солнечной электростанции) всегда начинаем с определения нагрузки потребителя. Необходимо рассчитать потребление энергии в светлое время суток, в темное время, максимальную нагрузку потребителя и пиковые значения мощности (для оборудования с двигателями). Расчет потребляемой энергии производится путем суммирования произведения установленной мощности электроприбора на время его работы.

Потребление энергии определяется как сумма мощностей всех электроприборов, умноженных на время работы (расчет проводим отдельно для светлого и темного времени суток).

Pmax определяется как сумма мощностей электроприборов, работающих одновременно, а дополнительно учитывает пиковые токи, возникающие при пуске электродвигателей.

2) Выбор инвертора проводится по двум критериям: номинальной мощности и пиковой мощности, которую инвертор может выдержать в течение нескольких секунд.

3) Суммарная энергия нагрузки на стороне постоянного тока инвертора будет отличаться от потребляемой. Это связано с потерей энергии на преобразование постоянного тока в переменный:

где ηинв – КПД инвертора.

4) Определение минимально необходимой мощности солнечных установок производим по следующей формуле:

где Tcc — продолжительность светового дня. Это весьма условный параметр. Надо понимать, что продолжительность светового дня — это не время от восхода Солнца до заката, а время активной работы солнечной панели на максимальную мощность при высоких приходах солнечного излучения. Зависит в основном от облачности и времени года. Варьируется в пределах от 1 до 10.

а ЭСФЭУ – количество электроэнергии, которое необходимо получать от солнечных панелей, определяется по следующей формуле:

5) Для обеспечения потребителя энергией в течение ночи, необходимо устанавливать АКБ (аккумуляторные батареи), общей емкостью не менее:

где α – коэффициент, показывающий глубину разряда для АКБ (максимальное количество энергии, которое может обеспечить батарея при нормальном режиме работы).

6) Аккумуляторные батареи также имеют потери при заряде-разряде.

где, ηАКБ — КПД заряда-разряда АКБ.

7) Далее, определив количество и тип солнечных панелей, приступаем к выбору контроллера. При этом ток от солнечных панелей не должен превышать допустимого значения, на которое рассчитан контроллер. Для каждой из панелей, значение тока определяется по следующей формуле:

где I – ток одной солнечной панели, а U – напряжение этой панели.

Суммарный ток и напряжение в системе будет зависеть от количества и способа подключения солнечных панелей (Рис.1).

!Обратите внимание! Напряжения солнечных панелей и АКБ должно совпадать. Если напряжения разные, необходимо привести их к одному, за счет изменения схемы соединения аккумуляторов (Рис.2).

Пример расчета

Для заданного коттеджа определить состав СЭС. Существующие потребители: холодильник 150 Вт; телевизор 100 Вт (работает 3ч днем и 2ч ночью); компьютер 250 Вт (2ч днем); пылесос* 400 Вт (0,5ч днем). Продолжительность светового дня примем равной 10 часов. Решение: 1) Определим значения потребляемой энергии и значения мощности:

Эднпотр=ΣPуст*tраб = 150*10+100*3+250*2+400*0,5 = 2500 Вт*ч

Энчпотр=ΣPуст*tраб = 150*14+100*2 = 2300 Вт*ч Pmax = 150+100+250+400 = 900 Вт*ч Pпик = 150+100+250+400*3= 1700 Вт*ч 2) В соответствии с полученными значениями, необходимо взять инвертор NC-1000-S (номинальная мощность 1000 Вт, максимальная 2000 Вт). КПД для таких инверторов равняется не менее 87%, а значит, энергия нагрузки на стороне постоянного тока составит:

Эдннагр= Эднпотр/ηинв = 2500/0.87=2874 Вт*ч Энчнагр= Энчпотр/ηинв = 2300/0.87=2644 Вт*ч

3) Для обеспечения потребителя ночью (за счет разряда батарей ЭразАКБ = Энчнагр), необходима установка аккумуляторных батарей, общей емкостью:

ЭАКБ= ЭразАКБ/α = 2644/0.4 = 6610 Вт*ч

где α = 0,4 (т.е. аккумуляторы можно разряжать на 40% от номинальной емкости). Приводим полученное значение к напряжению батареи (12 В).

САКБ = ЭАКБ/U = 6610/12 = 550.8 А*ч

Рекомендуется устанавливать батареи с небольшим запасом.Выбираем 6 батарей, емкостью 100Ач. 4) Аккумуляторные батареи также имеют потери при заряде-разряде:

ЭзарАКБ = ЭразАКБ/ ηАКБ = 2644/0.9 = 2937.8 Вт*ч

где, — КПД заряда-разряда для гелиевых аккумуляторов. 5) Количество электроэнергии, которое необходимо получать от солнечных панелей:

ЭСФЭУ= ЭзарАКБ+ Эдннагр = 2937.8+2874 = 5811.8 Вт*ч

6) Общая установленная мощность солнечных панелей:

N∑= ЭСФЭУ/Tcc = 5811.8/10 = 581.2 Вт

Выбираем 3 панели ZDNY-200P54 по 200 Вт. 7) Ток от каждой панели составляет:

I=N/U=200/24=8.33 А

Тогда суммарный ток при соединении панелей параллельно составит:

I∑ = 3*I = 25 A

Следовательно, необходимо использовать контроллер SS30A-24V. ___

*- прибор имеет пусковой ток (для пылесоса он составляет 3х-кратное значение).

weswen.ru

Как оптимально рассчитать параметры солнечной установки под свои потребности?

Перед использованием любых альтернативных источников электроэнергии следует провести энергоаудит своей системы потребления, на основании которого следует принять меры по оптимизации энергопотребления. К примеру: замена в доме всех ламп накаливания на светодиодные которые при том же свете потребляют в 10 раз меньше энергии может привести к более чем двукратному снижению энергопотребления в доме в целом.

Что бы грамотно рассчитать солнечную электростанцию под свои нужды нам нужно определить всего 4 параметра:

  1. Суммарная мощность панелей
  2. Суммарная ёмкость аккумуляторов (буфера, в котором накапливается ток).
  3. Какой необходим контроллер заряда аккумуляторов?
  4. Какой необходим инвертор (устройство, преобразующее аккумуляторное напряжение в сетевое)?

Итак, по порядку:

1-е. Суммарная мощность солнечных панелей

Определяется следующим образом: мы должны посчитать, какое количество кВт потребляем в день, то есть берём мощность прибора, умножаем её на количество необходимых часов работы в сутки и суммируем полученные данные от всех приборов. Получаем определённую цифру кВт в сутки, которая нам требуется.

Или ещё проще и точнее (по возможности) если у Вас уже есть электричество и стоит счетчик, по которому Вы ежемесячно оплачиваете «нагоревшие» киловатт-часы: Берём среднемесячную цифру из «намотавшихся» киловатт, делим её на 30 (дней) и получаем нужный нам показатель!

Например: мы пришли к  выводу, что нам необходимо аж 9кВт электроэнергии в сутки (270кВт в месяц).

Суточная мощность, вырабатываемая панелью, определяется умножением максимальной мощности панели на 5 часов её работы в сутки (световой день обычно даже зимой от раннего рассвета до поздних сумерек не менее 9 часов, но сюда накладываются облачность и осадки которые снижают производительность панели, поэтому берём 5 часов работы на максимальной мощности). Например: модель солнечной панели EW-310Вт множим на 5 часов = выработка в сутки 1550Вт, то есть 1.55кВт в сутки

Таким образом, что бы получить требуемые нам 9кВт энергии в сутки, нужно 6 панелей EW-310-A которые выработают в сутки суммарно 9.3кВт электроэнергии.

2-е. Суммарная ёмкость аккумуляторов в ампер-часах.

Получаемые 9.3кВт электроэнергии в течении светового дня нужно где то хранить. В одном 100% заряженном 100Ампер аккумуляторе хранится приблизительно 1кВт электроэнергии (примерно до 80-90% разряда).

Итак, что бы «вместить» 9.3кВт  нам нужно кол-во киловатт умножить на 100 и мы получим размер требуемого аккумуляторного буфера в Амперах способный вместить наши киловатты 9.3 Х 100 = 930 Ампер ёмкости нам требуется.

Далее нам необходимо взять минимум  70% «Запас»: во-первых что бы аккумуляторы слишком глубоко не разряжались, т.е. не эксплуатировались на пределе возможностей. А во вторых… вдруг, в какой то из дней нам потребуется повышенное потребление не 7 - 11кВт как обычно потребляется, а скажем 15квт. Соответственно 930 Ампер + 70% = 1 581 Ампер!

Округляем эту цифру в большую сторону кратно 200 Амперам и получаем 1 600 Ампер.

Возьмем, к примеру, аккумуляторы по 200ампер ёмкости. Итого получается нам нужно 8 штук аккумуляторов в качестве буфера.

На заметку: буфер в солнечных системах в отличии от ветряных не имеет смысла делать слишком большим по той причине что задача аккумуляторного буфера накопить и хранить энергию до нового её поступления. У ветрогенераторов этого поступления может не быть несколько дней к ряду (период штиля), а вот у солнечных панелей такого быть не может (ну не бывает же такого, что бы несколько дней подряд не светало, если Вы не на северном полюсе). Рассвет есть каждый день, а значит и заряд есть каждый день!

3-е. Какой необходим контроллер?

Контроллер является сердцем солнечной системы и именно от него зависит её эфективность и производительность в целом.

Пример: один контроллер благодаря своей технологичности способен «отжать» из одинакового массива солнечных панелей в 2 раза больше электроэнергии в аккумуляторы, чем другой.

ВАЖНО! - Контроллер должен быть высоковольтным со стороны солнечных панелей (давать возможность панели собирать в последовательные сборки, т.е. наращивать напряжение). Именно это обеспечивает в условиях совсем не приближённых к Африканской саванне (не много солнечных дней + короткие световые дни зимой) нормальную выработку солнечной электростанции.

Итак, у нас 6 панелей по 310Вт (1860Вт установленной мощности), оптимальным будет контроллер способный обеспечить  последовательное подключение хотя бы до 2-х (в идеале до 3-х) в высоковольтную сборку для обеспечения выработки от них в пасмурные дни.

Далее эти высоковольтные сборки (если по 2 панели то их будет в нашем случае 3), (если по 3 панели последовательно, то таких сборок будет 2) параллельно соединяются на один контроллер.

Например: солнечная панель EW-310Вт имеет напряжение холостого хода 46 вольт и ток около 9 ампер, что бы соединить в сборку последовательно 3 таких панели и потом параллельно соединить 2 таких сборки, нам нужен контроллер, способный выдерживать напряжение на входе от 140 вольт и ток не менее 20 Ампер

4-е. Какой необходим инвертор?

Важно определить какую максимальную пиковую нагрузку Вы собираетесь подключать к электросети одновременно (можете просто суммировать мощность всех имеющихся в доме электроприборов). И именно по этому показателю следует подобрать себе инвертор в широкой гамме мощностей от 1.3кВт до 570кВт (мы предлагаем более 30 моделей высококачественных инверторов МАП).

Вернуться к списку вопросов

energywind.ru

Расчет стоимости солнечной электростанции для частного дома

Наиболее универсальным решением для обеспечения частного дома или дачи электроэнергией являются электростанции на солнечных батареях (солнечные электростанции). Обычно такая система состоит из следующих компонентов:

— солнечные панели (обеспечивают преобразование света в электроэнергию);

— контроллер заряда батарей (правильный режим заряда аккумуляторов);

— аккумуляторные батареи (накопление электроэнергии днем и отдача в вечернее и ночное время);

— инвертор (преобразование постоянного напряжения в ~220 В, 50 Гц).

Для расчета стоимости необходимого оборудования рассмотрим более подробно три примерных варианта энергопотребления с различными уровнями вырабатываемой мощности и подключаемой нагрузки.

1. Полная автономная система с ежемесячным потреблением 270 кВт/ч/месяц

Для примера можно взять самые распространённые бытовые приборы: бойлер, холодильник, телевизор и несколько энергосберегающих ламп. Несложный расчет мощности этих электроприборов и среднего времени их работы от автономной сети показывает примерный результат энергозатрат в течение дня — 8-9 кВт*ч при среднесуточной мощности 0.35 — 0.40 кВт. Среднемесячный результат при этом составит около 270 кВт/ч.

Для достижения таких показателей выходной мощности в нашу систему необходимо включить следующие компоненты:

— 13 солнечных монокристаллических панелей 180 Wt ($ 540 x 13);

— 13 креплений для солнечных панелей ($ 40 x 13);

— 10 аккумуляторов 12 В, 200 А*ч ($ 330 x 10);

— инвертор 48 или 120 В, 2 кВт ($ 600).

Итого: $ 11 440.

Для расчёта стоимости компонентов были использованы среднерыночные цены, что дает вполне адекватное представление об уровне финансовых затрат. При этом важно учесть, что если срок использования солнечных панелей может составить от 20 и более лет лишь с небольшим снижением их КПД, то срок службы аккумуляторов, в среднем, составляет около 10 лет.

2. Автономная система с ежемесячным потреблением 700 кВт*ч/месяц

Этот вариант отличается от предыдущего увеличенным расходом энергии, что может понадобиться для большой семьи или в том случае, когда на первое место поставлен комфорт обитателей дома и только потом — экономия электроэнергии. Для примера расчета потребляемой мощности возьмем следующие электроприборы: бойлер, холодильник, 7 энергосберегающих ламп, 2 телевизора, уличное освещение и насос. Приблизительные энергозатраты в течение дня в этом случае составят уже 20-23 кВт*ч при среднесуточной мощности до 1 кВт. При таких показателях среднемесячный результат составит порядка 700 кВт/ч.

Примерный расчет стоимости компонентов:

— 33 солнечных монокристаллических панели 180 Wt ($ 540 x 33 = $ 17 820);

— 33 крепления для солнечных панелей ($ 40 x 33 = $ 1320);

— 20 аккумуляторов 12 В, 200 А*ч ($ 330 x 20 = $ 6600);

— инвертор 48 или 120 В, 3 кВт ($ 800).

Итого: $ 26 540.

3. Резервная система с ежемесячным потреблением 150 кВт*ч

Этот вариант системы рассчитан на работу во время кратковременных отключений электроэнергии от основной энергосети, хотя его можно использовать и в качестве сезонного источника электроэнергии, например, в дачном домике для обеспечения основных потребностей. В качестве примера для расчета энергозатрат можно учесть нагрузку от холодильника, пары энергосберегающих ламп, телевизора и насоса. При средних затратах энергии до 5 кВт*ч/день достаточно наиболее простой системы, которая включает следующие компоненты:

— 7 солнечных монокристаллических панелей 180 Wt ($ 540 x 7 = $ 3 780);

— 7 креплений для солнечных панелей ($ 40 x 7 = $ 280);

— 2 аккумулятора 12 В, 200 А*ч ($ 330 x 2 = $ 660);

— инвертор 48 или 120 В, 0.5 кВт ($ 170);

— шкаф автоматического включения резерва ($ 370).

Итого: $ 5 260.

realproducts.ru


Смотрите также