Розрахунок потужності сонячних батарей для дому: формули і похибки

1. Формула розрахунку реальної потужності панелі
2. Особливості використовуваних у формулі показників
3. Визначення втрат електроенергії в домашній системі
4. Приклад розрахунку потужності сонячної панелі
5. Розрахунок кількості сонячних батарей

Сонячні батареї доцільно використовувати тоді, коли вироблений ними електричний струм перекриває як мінімум 50% потреби будинку в електричній енергії. Ідеально, якщо вони повністю забезпечують будинок безкоштовним електричним струмом. Для того, щоб вони могли виконувати будь-яку з цих цілей, потрібно розрахувати реальну потужність сонячної батареї і на основі цієї цифри визначити, скільки панелей треба встановити на даху будинку, а також якою буде термін їх окупності.

Формула розрахунку реальної потужності панелі

Потужність сонячної панелі безпосередньо залежить від сонячного освітлення. Чим більше променів падає на батарею, тим більше струму вона виробляє. І навпаки.

Реальну потужність сонячної панелі можна розрахувати за формулою: E = I x x Ko x Kпот., Де

• Е є реальною потужністю батареї (вимірюється в кВт * год);
• I являє собою кількість сонячне енергії, яке падає на дах будинку. Його вимірюють в кВт * год / м²;
• V є номінальною потужністю однієї сонячної батареї (вимірюється в Вт);
• U є величину сонячної радіації, на яку виробник орієнтувався при розрахунку номінальної потужності. Ця величина постійна і дорівнює 1 000 Вт / м² або 1 кВт / м²;
• До представляє собою поправочний коефіцієнт кількості сонячної енергії, що падає на панель. Він залежить від кута нахилу батареї і кута її відхилення від південного напрямку;
• Кпот. є коефіцієнтом, який характеризує, скільки електричної енергії втрачається у всій системі автономного електропостачання.

Особливості використовуваних у формулі показників

Величина сонячної енергії, що падає на дах і стіни будинку в певному регіоні, може вимірюватися для різних проміжків часу. Метеорологи розраховують річну, місячну та денну сонячну радіацію, що припадає на 1 кв. м. Якщо цей показник річної, то його одиницею виміру є кВт * год / (м² * год). Замість слова «рік» можуть бути слова «місяць» і «день». Наприклад, показник 5 кВт * год / (м² * день) означає, що за 1 день на 1 кв. м. падає 5 кВт сонячної енергії.

В вищевказану формулу можна підставляти будь-який показник. Якщо підставляється річна сонячна енергія, то результатом розрахунку буде така кількість електроенергії, скільки панель виробляє за 1 рік. Так само з показниками інших проміжків часу. Найбільш доцільно вираховувати місячну вироблення електричної енергії. Інтенсивність освітлення в кожному місяці різна, і для вироблення, наприклад, 10 кВт електрики, треба використовувати різну кількість панелей , А також підключати відповідне число акумуляторів.

Вираз включає в себе 2 показника, але його слід розглядати, як один. Це тому, що він показує продуктивність панелі. Більш правильно було б використовувати вираз, де S є площею світлочутливих пластин в кв. м. Воно дозволяє визначити ККД сонячних батарей, а точніше, яку частину світу може перетворити 1 кв. метр панелі в електричну енергію.

Наприклад, є німецька монокристалічна панель SolarWorld 2015. Вона має площу 1,995 кв. метр і потужність 320 Вт. Її ККД становить 320 / (1 000 * 1,995) * 100 = 16,04%. Для застосування у формулі вираз на 100 множити не треба. У ній слід використовувати число 0,1604.

Другий вираз не використовують тому, що результатом буде потужність 1 кв. метра панелі. Батарея рідко має таку площу. Цей її показник значно більше. Наприклад, вищезазначене виріб має площу 1,995 м². У підсумку, кінцевий розрахований за формулою результат потрібно було б множити на площу. Вийшло б так, що в чисельнику і знаменнику вираження буде S. А якщо S ділити на S вийде 1.

До беруть зі спеціальної таблиці, в якій різною величиною кута нахилу і кута відхилення від південного напрямку відповідає певний коефіцієнт. Таку таблицю можуть надати виробники.

Визначення втрат електроенергії в домашній системі

Величину цих втрат враховує Кпот. Ці втрати можуть бути в:

1. Проводах. Величина становить 1%.
2. инвертор . Складають від 3 до 7%.
3. Шунтуючих діодів (0,5%).
4. Самій батареї при дуже малому сонячному випромінюванні (1-3%).

Також втрати електроенергії можуть виникати через сильного нагрівання модуля (складають 4-8%) і через наявність бруду на сонячних панелях або їх потемніння (1-3%).

Автономна електрична система для будинку вважається оптимальною, якщо загальні втрати не перевищують 15%. Тоді термін окупності скорочується, а також акумулятори накопичують більше струму. Кпот становить 0,85. Однак погана якість обладнання або неграмотний вибір комплектуючих може призвести до 30-% втрат. Кпот вже складе 0,7.

Приклад розрахунку потужності сонячної панелі

Він буде проводитися для вищезгаданої батареї. Вона буде монтуватися в регіоні, розташованому на 50 ° північної широти. Кут нахилу панелі дорівнює 50 °, відхилення від південного напрямку нульове. Втрати електроенергії в системі становлять 20%.

Значення використовуваних показників є такими:

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

Тоді Е = 1 000 * 0,32 / 1 * 1,11 * 0,8 = 284,16 * год / рік. Це означає, що одна панель може виробити 284,16 кВт * год за один рік.

Потужність за місяць червень складе 5,25 * 30 * 0,32 / 1 * 1,11 * 0,8 = 44,75 кВт * год / міс., А за місяць грудень - 0,86 * 31 * 0,32 / 1 * 1,11 * 0,8 = 7,57 кВт * год / міс.

Розрахунок кількості сонячних батарей

Він робиться дуже просто: загальну потребу в електроенергії ділять на потужність панелі. Загальну потребу можна визначити двома способами:

1. Скласти список всіх електричних пристроїв, визначити приблизну тривалість роботи протягом місяця, розрахувати, скільки електроенергії кожен з них споживає в місяць (потужність множиться на число годин), і підсумовувати всі отримані цифри.
2. Підняти квитанції по оплаті за електроенергію і знайти найбільше вжите за один місяць кількість кВт * год. Про всяк випадок отриману цифру можна помножити на 1,5.

Припустимо, що за місяць 3-4 жителя будинку використовують 300 кВт * год. Щоб повністю забезпечити себе електричною енергією, потрібно мати 300 * 12 / 284,16 = 12,66 панелей SolarWorld 2015. Кінцеву цифру округлюють в більшу сторону. Тому купувати треба 13 панелей.

Для червні вистачить 300 / 44,75 = 6,7 батарей, а в грудні потрібно використовувати 300 / 7,57 = 39 панелей.