Výpočet solárních panelů a baterií pro domácí solární elektrárnu

Dnes si vypočítáme množství materiálů potřebných pro domácí elektrárnu, zejména solární panely a baterie. Níže je tabulka pro zeměpisnou šířku Moskvy.

Výpočet výkonu solárních panelů

Pro výpočet potřebného výkonu solárních panelů musíte vědět, kolik energie spotřebujete. Pokud je například vaše spotřeba energie 100 kWh za měsíc (údaje naleznete na elektroměru), pak k výrobě tohoto množství energie potřebujete solární panely.

Samotné solární panely produkují solární energii pouze během denního světla. A svůj jmenovitý výkon produkují pouze tehdy, když je jasná obloha a sluneční paprsky dopadají v pravém úhlu.

Když slunce dopadá šikmo, výkon a výroba elektřiny znatelně klesají a čím ostřejší je úhel dopadu slunečních paprsků, tím větší je pokles výkonu. Za oblačného počasí klesá výkon solárních panelů 15–20krát, i při lehké oblačnosti a oparu klesá výkon solárních panelů 2–3krát a s tím vším je třeba počítat.

Při výpočtu je lepší vzít v úvahu pracovní dobu, během které solární panely fungují téměř na plný výkon, tj. 7 hodin, tedy od 9:4 do 20:30. Panely budou v létě samozřejmě pracovat od úsvitu do soumraku, ale ráno a večer bude výkon velmi malý, pouze 70–9 % celkového denního výkonu, a 16 % energie bude generováno v intervalu od 1:1000 do 9:16. Pole panelů s výkonem 7 kW (210 wattů) tedy za letního slunečného dne vyrobí 3 kWh elektřiny od 30:100 do 2:420, což je 100 kWh měsíčně. Plus další 700 kW (21 %) na ráno a večer, ale to si vezměme jako rezervu, protože je možná proměnlivá oblačnost. A naše panely jsou instalovány stacionárně a úhel dopadu slunečních paprsků se mění, takže panely samozřejmě nebudou produkovat svůj výkon na XNUMX %. Myslím, že je jasné, že pokud má pole panelů výkon XNUMX kW, pak bude produkce energie XNUMX kWh za měsíc. A pokud je jeden panel na XNUMX wattů, pak za den dodá pouze XNUMX wattů energie a za měsíc XNUMX kW.

Není špatné mít 210 kWh měsíčně z panelu s výkonem pouze 1 kW, ale není to tak jednoduché. Zaprvé není možné, aby všech 30 dní v měsíci bylo slunečno, takže je potřeba se podívat do archivu počasí pro daný region a zjistit, kolik je přibližně zamračených dnů v jednotlivých měsících. V důsledku toho bude pravděpodobně 5-6 zamračených dnů, kdy solární panely nebudou generovat polovinu elektřiny. Takže můžete klidně škrtnout 4 dny a nedostanete 210 kWh, ale 186 kWh. Také je třeba pochopit, že na jaře a na podzim jsou denní hodiny kratší a je výrazně více zamračených dnů, takže pokud chcete solární energii využívat od března do října, je třeba zvýšit výkon solárního panelu o 30-50 % v závislosti na konkrétním regionu.

Úhel panelů závisí na umístění elektrárny.

Ale to není všechno, dochází také k vážným ztrátám v bateriích a v měničích (invertorech), které je také třeba vzít v úvahu, o tom později. O zimě se zatím zmiňovat nebudu, protože je to velmi nepříznivé období pro výrobu elektřiny a když týdny nesvítí slunce, žádné solární panely nepomohou a v takových obdobích budete muset buď napájet ze sítě, nebo nainstalovat benzínový generátor. Instalace větrného generátoru také dobře pomáhá, v zimě se stává hlavním zdrojem výroby elektřiny, ale samozřejmě pokud má váš region větrné zimy a větrný generátor má dostatečný výkon.

Výpočet solárního panelu – postup

Vypočítáme výkon zařízení potřebných spotřebitelem

Nejprve je třeba vypočítat přesný počet zařízení, která je třeba napájet elektřinou, s přihlédnutím ke spotřebě energie každého z nich. Může se jednat o domácí spotřebiče (lednička, televizor, pračka, mikrovlnná trouba, žehlička, rychlovarná konvice a další malé domácí spotřebiče), počítačové vybavení, osvětlovací systémy, kotle, čerpadla, sekačky na trávu, zařízení na odklízení sněhu atd. K tomu buď analyzujte a zprůměrujte průměrné denní hodnoty elektroměru, nebo jednoduše sečtěte veškerý výkon zařízení, která budou fungovat pomocí solárních panelů. To lze provést podle pokynů na zařízeních nebo vyhledat informace o průměrných hodnotách zařízení v odborné literatuře nebo na internetu.

Pokud se rozhodnete pro instalaci solárních panelů, musíte při výpočtu výkonu všech zařízení zohlednit ztráty, které činí přibližně 20 %. Pokud je například denní spotřeba energie zařízení 5 kW/h, pak celková průměrná denní spotřeba s přihlédnutím ke ztrátám bude: 5 x 1,2 = 6 (kW/h). Takovou rezervu energie budeme denně potřebovat pro nerušený provoz všech zařízení.

Výpočet požadované kapacity baterie solárního panelu

To lze vyjádřit následujícím zjednodušeným vzorcem se symboly: E = M/H, kde E je kapacita baterie solárního panelu, M je energie spotřebovaná zařízeními, H je napětí sítě. V našem příkladu s napětím 12 V dostaneme:

E = 6 kW/12 V = 500 (A/h).

Zjistěte součinitel oslunění nebo měsíční úroveň radiace

Koeficient závisí na regionu/městě bydliště. Jedná se o veřejně dostupné informace, které lze snadno najít na internetu a v referenčních publikacích. Například v Charkově je průměrný roční koeficient úrovně záření 3,49 kW/h/m2, jeho minimální hodnota v prosinci je 0,93 kW/h/m2/den a maximální v červnu je 5,89 kW/h/m2/den. A v Oděse je průměrný roční ukazatel 3,41 kW/h/m2, minimální v prosinci je 0,87 kW/h/m2/den a maximální v červenci je 6,39 kW/h/m2/den.

Vypočítáme denní produktivitu vybrané solární baterie

Pro výpočet, kolik solárních panelů je potřeba pro dům nebo byt, použijeme vzorec: P = K x S x účinnost, kde P je výkon jedné baterie, K je součinitel oslunění (úroveň záření), S je plocha jedné baterie, účinnost je účinnost baterie v procentech. Podívejme se na to v praxi. Například pro baterii s kapacitou 250 W, plochou 2 m 2 a účinností (účinností) 15 % dostaneme:

Průměrná denní produktivita, Charkov:

ročně: 3,49 kW/h/m2 x 2m2 x 0,15 = 1,047 kW;

max.: 5,89 kW/h/m² x 2m² x 2 = 2 kW;

min: 0,93 kW/h/m2 x 2m2 x 0,15 = 0,279 kW.

Průměrná denní produktivita, Oděsa:

ročně: 3,41 kW/h/m2 x 2m2 x 0,15 = 1,023 kW;

max.: 6,39 kW/h/m² x 2m² x 2 = 2 kW;

min: 0,87 kW/h/m2 x 2m2 x 0,15 = 0,261 kW.

Vypočítáme potřebný počet solárních panelů

To lze provést pomocí následujícího vzorce: C = M/P, kde C je požadovaný počet solárních panelů, M je výkon spotřebovaný zařízeními (již jsme ho určili výše) a P je výkon jedné solární baterie.

V našich příkladech dostaneme:

Pro Charkov:

max.: 6 kW/h / 1,767 3 kW = XNUMX baterie

min: 6 kW/h / 0 kW = 279 baterií

Pro Oděsu:

max.: 6 kW/h / 1,917 3 kW = XNUMX baterie

min: 6 kW/h / 0 kW = 261 baterií

Výpočet kapacity baterie pro solární panely

Takhle zhruba vypadá solární elektrárna uvnitř domu Další příklad instalovaných baterií a univerzálního solárního regulátoru:

Minimální rezervní kapacita baterií, což je prostě nezbytné k přežití temné denní doby. Například pokud spotřebujete 3 kW*h energie od večera do rána, pak musí mít baterie takovou rezervu energie. Pokud je baterie 12 voltů 200 A/h, pak se do ní vejde energie 12*200=2400 wattů (2,4 kW).

Ale baterie nelze vybít na 100 %.Specializované baterie lze vybít maximálně na 70 %, pokud více, rychle se degradují. Pokud instalujete běžné autobaterie, lze je vybít maximálně na 50 %.

Závěr! Musíte nainstalovat dvakrát tolik baterií, kolik je potřeba, jinak je budete muset měnit každý rok nebo i dříve.

Optimální rezerva kapacity baterie Toto je denní energetická rezerva v bateriích. Pokud je například vaše denní spotřeba 10 kWh, pak by pracovní kapacita baterie měla být přesně taková. Pak snadno přežijete 1–2 zatažené dny bez přerušení. Zároveň se za běžných dnů baterie během dne vybijí pouze na 20–30 %, což prodlouží jejich krátkou životnost.

Další důležitá věc, kterou je třeba udělat Toto je účinnost olověných baterií, která je přibližně 80 %. To znamená, že baterie při plném nabití spotřebuje o 20 % více energie, než může dodat. Účinnost závisí na nabíjecím a vybíjecím proudu a čím vyšší jsou nabíjecí a vybíjecí proudy, tím nižší je účinnost. Například pokud máte baterii s kapacitou 200 Ah a připojíte rychlovarnou konvici o výkonu 2 kW přes střídač, napětí na baterii prudce klesne, protože vybíjecí proud baterie bude asi 250 ampérů, a energetická účinnost klesne na 40–50 %. Také pokud baterii nabíjíte vysokým proudem, účinnost prudce klesne.

Také střídač (převodník energie 12/24/48 na 220 V) má účinnost 70–80 %. S přihlédnutím ke ztrátám energie získané ze solárních panelů v bateriích a při přeměně stejnosměrného napětí na střídavé 220 V budou celkové ztráty činit přibližně 40 %. To znamená, že je třeba zvýšit rezervní kapacitu baterií o 40 % a také zvětšit solární panel o 40 %aby tyto ztráty kompenzovaly.

Ale to nejsou všechny ztrátyExistují dva typy regulátorů nabíjení solárních baterií a bez nich se neobejdete. PWM (PWM) regulátory jsou jednodušší a levnější, nemohou transformovat energii, a proto solární panely nemohou do baterie odevzdat veškerý svůj výkon, maximálně 80 % jmenovitého výkonu. MPPT regulátory však sledují bod maximálního výkonu a transformují energii snížením napětí a zvýšením nabíjecího proudu, čímž v konečném důsledku zvyšují výkon solárních baterií na 99 %. Pokud tedy nainstalujete levnější PWM regulátor, zvětšete pole solárních baterií o dalších 20 %..

Co je třeba zvážit při výpočtu solárních panelů

Před výpočtem solárních panelů pro dům nebo byt je třeba se rozhodnout pro daný úkol. Konkrétně, zda budou solární panely použity pouze pro záložní napájení, jako doplňkový zdroj energie, nebo zda by měly plně uspokojovat potřeby objektu v oblasti elektrické energie. Poté je třeba určit celkový výkon zařízení, která potřebují stabilní a nepřerušovaný přísun elektřiny generované solárními bateriemi. Je důležité si uvědomit, že existuje přímo úměrný vztah mezi výkonem spotřebovaným zařízeními „na výstupu“ a dobou jejich provozu se zvýšením kapacity bateriového pole, výkonem střídačů a v konečném důsledku i náklady na celou solární instalaci.

Výpočet solárních panelů pro soukromý dům nebo chalupu

Pokud neznáte svou spotřebu a plánujete například jen napájet svou dachu ze solárních panelů, pak se spotřeba vypočítá poměrně jednoduše. Například budete mít na dači ledničku, která podle pasu spotřebuje 370 kW*h za rok, což znamená, že za měsíc spotřebuje pouze 30.8 kW*h energie a za den 1.02 kW*h. Také světlo, například máte úsporné žárovky, řekněme 12 wattů, je jich 5 a svítí průměrně 5 hodin denně. To znamená, že za den vaše světlo spotřebuje 12 * 5 * 5 = 300 watt*h energie a za měsíc „spálí“ 9 kW*h. Můžete si také odečíst spotřebu čerpadla, televize a všeho ostatního, co máte, vše sečíst a dostanete svou denní spotřebu energie a pak vynásobit měsícem a dostanete nějakou přibližnou hodnotu.

Podle výpočtů bylo množství takové, že panely ani nezabraly celou střechu.

Například máte 70 kWh energie za měsíc, připočtěte 40 % energie, která se ztratí v baterii, střídači atd. To znamená, že k výrobě přibližně 100 kWh potřebujeme solární panely. To znamená 100:30:7=0,476 kW. Ukazuje se, že potřebujete bateriové pole s kapacitou 0,5 kW. Takové bateriové pole ale bude stačit pouze v létě, i na jaře a na podzim v zamračených dnech dochází k výpadkům proudu, takže je potřeba bateriové pole zdvojnásobit.

Pro napájení soukromého domu v létě je potřeba 2 kW soustava.

Abyste však měli dostatek energie i na jaře a na podzim, je lepší zvýšit výkon soustavy o 50 %, tedy o dalších plus 1 kW. A v zimě, během dlouhých období oblačnosti, použijte buď benzínový generátor, nebo nainstalujte větrný generátor s výkonem alespoň 2 kW. Konkrétněji lze vypočítat na základě archivních dat o počasí pro daný region. Použité zdroje: