Расчет мощности солнечных батарей на квадратный метр
Солнечные батареи получают энергию солнца и преобразуют ее в электроэнергию. Использование дармового ресурса обходится не совсем даром — стоимость оборудования достаточно велика, к тому же комплекс требует обслуживания, замены отработанных элементов, обновления состава. Для того, чтобы не тратить лишних денег, следует заранее определить мощность солнечных батарей, необходимых для обеспечения дома. Для этого надо знать параметры оборудования, какое количество энергии вырабатывает солнечная батарея в течение светового дня, сколько приходится на одну панель и на весь комплекс в целом. Вопрос сложный и емкий, поэтому рассмотрим его по порядку.
Что такое солнечная батарея
Если принято решение установить дома солнечную электростанцию, необходимо иметь точное представление о ее устройстве. В первую очередь, надо знать, что представляют собой солнечные панели и как они работают.
Прежде всего, надо уточнить терминологию. Под названием «солнечные батареи» принято понимать весь комплекс по принятию, преобразованию и накоплению солнечной энергии. Видимые элементы, расположенные на открытых участках (крышах, специальных опорных сооружениях или просто на земной поверхности) — это солнечные панели. Она представляют собой плоскость, составленную из отдельных солнечных элементов. Каждый из них является самостоятельным приемником солнечной энергии, преобразующим ее в электричество. Для этого использован фотоэлектрический эффект, возникающий при освещении полупроводников:
Эффективность солнечных батарей напрямую зависит от размера, типа и количества отдельных элементов, составляющих данный комплект. Один элемент способен выдать определенное, довольно небольшое количество энергии. Однако, объединенные в батарею (подключенные параллельно) и выполненные в виде сплошной принимающей поверхности (панели), они могут обеспечивать энергией определенное количество потребителей. Для пользователя остается лишь выполнить расчет солнечных батарей и определить, сколько нужно приобрести панелей и дополнительного оборудования.
Разновидности
Эффективность и производительность солнечных панелей зависят от конструкции отдельных элементов. Существует несколько разновидностей:
- Монокристаллические. Изготавливаются из одного монокристалла, выращенного из кремния в определенных условиях. Представляют собой тонкий поперечный срез. КПД составляет 17–22 %. Это самые дорогие и качественные элементы. Внешне выглядят как черные прямоугольники со скошенными краями.
- Поликристаллические. Разработаны для того, чтобы снизить себестоимость и конечную цену элементов. Изготавливаются из расплава кремния, состоящего из множества кристаллических образований. КПД составляет 12–18 %. Характеристики этих элементов несколько снижены, но и цена более доступная для массового покупателя. Внешне они представляют собой синие прямоугольники.
- Аморфные элементы. Эти элементы имеют более слабые характеристики, чем моно- или поликристаллические конструкции. Однако, они намного дешевле, что позволяет получить общую мощность аморфных солнечных панелей, не уступающую более производительным конструкциям. Разница только в количестве элементов. Аморфные солнечные батареи изготавливаются из разных материалов, могут быть жесткими или гибкими. Особенностью таких панелей является способность работать в пасмурную погоду, когда освещенность низкая.
Самыми производительными панелями считаются арсенид-галлиевые, но их обычно не учитывают в общей классификации. Они слишком дорогие, поэтому для частных пользователей не доступны.
Кроме этого, существуют одно- и двухсторонние солнечные батареи, способные поглощать свет одной или обеими сторонами. Однако, пока применения двусторонним панелям не найдено, так как для использования одновременно обеих сторон требуется отражающая система. Она сложна в изготовлении и настройке, дешевле использовать большее количество обычных панелей.
Состав комплекта солнечных батарей
Комплект солнечных батарей для дома представляет собой набор оборудования, где сами панели играют роль только приемника и источника энергии. Сами панели, принимая и перерабатывая свет в электрический сигнал, отдают его через контроллер заряда на аккумуляторные батареи. Они соединены с сетевым инвертором — устройством, преобразующим постоянный ток в стабильные переменные 230 В. Инвертор выдает это напряжение на потребителей, а излишки (если они есть) он может отдавать в централизованную сеть. Некоторые комплекты малой мощности работают только на снабжение собственного потребления и в сеть ничего отдать не способны. В европейских странах уже достаточно давно используется схема выдачи в сеть излишков энергии, за что владельцы частной солнечной электростанции получают определенные льготы, скидки или доплаты.
Все оборудование размещается в доме, снаружи только солнечные панели. Для частного дома этого комплекта может хватить даже без дополнительной подпитки из централизованной сети, если расчет количества солнечных батарей и дополнительного оборудования выполнен правильно. Особенностью любого комплекта является возможность увеличения его параметров путем установки дополнительных панелей и увеличения емкости аккумулятора. Поскольку производительность напрямую завязана на площадь освещенной поверхности, суммарный размер панелей определяет возможности всего комплекта.
Вычисляя параметры комплекса, необходимо делать поправку на непостоянство солнечного освещения. Например, в летнее время комплекс выдает в 10 раз меньше энергии, чем летом. Кроме того, погодные условия также вносят свои поправки. Поэтому, определить показатели солнечной электростанции можно только приблизительно, а при расчетах приходится делать большой запас. Максимальной эффективностью обладают крупные солнечные электростанции промышленного назначения, способные питать большие населенные пункты.
Где купить
Приобрести солнечные панели можно как в специализированном магазине, так и онлайн в Интернет-магазине. Во втором случае, особого внимания заслуживает бюджетный вариант приобретения изделий на сайте Алиэкспресс. Для некоторых панелей есть вариант отгрузки со склада в РФ, их можно получить максимально быстро, для этого при заказе выберите «Доставка из Российской Федерации»:
От чего зависит мощность солнечный батарей
Конструкция гелиобатареи — не единственный фактор, определяющий эксплуатационные показатели комплекса. В процесс вмешиваются внешние факторы, которые уменьшают возможности комплекса. Они воздействуют на работу оборудования поодиночке и сообща, снижая эффективность и уменьшая показатели гелиостанции.
Мощность солнечной батареи — это количество электроэнергии, которое она способна выдать в единицу времени. Это величина конечная, то есть рассчитанная по максимальному значению и имеющая определенный предел. Известно, что солнечная постоянная — 1 кВт на 1 м². Эта величина измерена в определенных условиях, обозначает количество энергии, падающее на земную поверхность в солнечный день при температуре 25° и постоянно вертикальном падении на поверхность. На практике получение полного расчетного объема энергии невозможно.
Характеристики самой качественной солнечной панели ограничены. Ее КПД не превышает 24 %, поэтому максимальной мощностью, полученной от 1 м² принимающей поверхности может быть 0.24 кВт. Это в идеальных условиях и с постоянной коррекцией положения поверхности относительно Солнца. На практике таких условий не бывает. В ситуацию вмешиваются погодные, климатические и сезонные условия. Возможны целые пасмурные недели, длительность светового дня в летний и зимний период существенно отличается.
Кроме этого, температура также влияет на способность солнечных элементов производить энергию — ее выработка значительно падает, как только температура поднимается выше +25°. Это означает, что в ясный летний день, когда мощность солнечных батарей на каждый квадратный метр должна быть максимальной, получить ожидаемый результат не удастся из-за сильного нагрева фотоэлементов. Поэтому, производя расчет солнечной электростанции, надо делать поправки на сезонные условия, длительность дня и прочие природные факторы.
Следующий фактор, который необходимо учесть при выполнении расчета — деградация гелиопанелей. Этот показатель у разных моделей отличается, есть образцы, сохраняющие до 90 % рабочих качеств даже через 20–25 лет эксплуатации. однако, у большинства панелей деградация происходит равномерно и пропорциональна длительности использования.
Кроме этого, расчет количества солнечных панелей необходимо делать с учетом потерь на дополнительном оборудовании — инвертор имеет КПД около 92–96 (и это одна из лучших моделей). Кроме этого, неизбежны потери на АКБ и контроллере, которые достигают 40 % и также снижают общие параметры комплекса. Сами приборы расходуют энергию на питание собственных плат. Поэтому, полный и точный расчет солнечных панелей — задача крайне сложная, требующая экспериментального подтверждения.
Расчет мощности
Рассмотрим подробно, как рассчитать мощность гелиопанелей. Прежде всего, необходимо вычислить свое потребление. Для этого надо сложить потребляемую мощность всех электроприборов, нагревателей, освещения и прочих потребителей. Сделать это непросто, так как придется вспомнить все мелочи, которых оказывается довольно много.
Для простоты рассмотрим пример расчета по готовой сумме потребления. Например, есть частный дом, который потребляет в месяц 300 кВт/час. Это означает, что в день потребление составляет 10 кВт/час. Здесь необходимо определить, сколько солнечных панелей, способных вырабатывать в сутки не менее 10 кВт, нужно для дома.
Прежде всего, надо определиться с временем работы системы. Даже самые мощные элементы способны принимать энергию только в определенное время суток. Рабочий период называется пиковыми солнечными часами. Их не следует путать с длительностью светового дня, которая гораздо больше. Однако, утренние и вечерние часы в расчет не берутся, так как для оборудования они непродуктивны.
Как правило, учитывается время с 9 до 16 часов. Этот период можно еще сократить, чтобы скорректировать потери от деградации панелей, изношенного оборудования или АКБ. Допустим, рабочее время панелей в сутки составит 5 часов. При потребности в 10 кВт, необходимо, чтобы на 1 час приходилась выработка не менее 2 кВт энергии. Руководствуясь этим значением, можно подсчитать, сколько солнечных батарей нужно для обеспечения дома, если часовая выработка составляет 2 кВт. Для этого надо изучить технические характеристики разных моделей и выбрать наиболее удачные варианты.
Существуют и другие методы. Можно рассчитать мощность по формуле:
где Рсп — мощность панелей, кВт;
Еп — суточное потребление, кВт;
К — коэффициент потерь (1.2–1.4);
Ринс — мощность инсоляции на земной поверхности;
Еинс — среднемесячное значение инсоляции (берется в таблицах).
Эта формула дает достаточно корректный результат, но неподготовленному человеку пользоваться ей трудно. Придется искать величины инсоляции, которые различаются по регионам. Для неопытных людей проще всего использовать онлайн-калькулятор, которых в сети довольно много.
Одна панель в сутки вырабатывает около 100 Вт энергии. Есть маломощные модели, по 50 Вт, пригодные для питания осветительных приборов с низким потреблением. Выбирать устройства необходимо с некоторым запасом, учитывая возможность появления дополнительных потребителей и деградацию оборудования. На практике приходится учитывать также стоимость панелей и условия их работы. Например, если солнечных дней в году мало, оптимальным вариантом станут гибкие модели, хорошо работающие даже в сумерках.
В заключение необходимо напомнить, что самостоятельный расчет мощности — задача трудная даже для профессионалов. Приходится учитывать большое количество факторов, о которых неподготовленный человек даже не имеет представления. Поэтому, лучшим вариантом будет обращение к специалисту, или расчет с помощью онлайн калькуляторе (что несколько хуже).
Видео по теме
Источник
Как солнечная энергия преобразуется в электричество?
Первым шагом для преобразования солнечной энергии в электричество является установка фотоэлектрических (PV) ячеек или солнечных элементов. Фотоэлектричество означает свет и электричество. Эти клетки задерживают солнечную энергию и превращают ее в электричество. Эти солнечные элементы изготовлены из материалов, которые показывают фотогальванический эффект, то есть когда солнечные лучи ударяют по фотогальванической ячейке, фотоны света пугают электроны внутри ячейки, заставляя их начать течь, в конечном итоге производя электричество.Покупая солнечные батареи , было бы полезно знать варианты, доступные на рынке. Вот схема основных:
- Поликристаллический — в нем используется многокристаллический кремний
- Монокристаллический — идеально подходит для небольших помещений
- Тонкая пленка — обычно более крупная по размеру и более эффективная в течение дня
Различие между материалом, используемым для производства монокристаллического и поликристаллического, заключается в создании кремниевой подложки, используемой для производства солнечных элементов и, в конечном счете, солнечных панелей. Как следует из названия, поликристаллический означает многочисленные кристаллы, а монокристаллический — монокристалл. Чем больше размеры кристаллов, тем эффективнее солнечные элементы, что объясняет, почему монокристаллические клетки обычно на 10-15% эффективнее поликристаллических кристаллов.
Как работают солнечные панели?
Панель солнечных батарей должна быть установлена на открытой площадке, которая не засоряется деревьями или какой-либо установкой. Лучшая ставка — крыша. Затем он подключается к зданию через инвертор. Инвертор — это устройство, которое преобразует переменный ток (переменный ток) в постоянный (постоянный ток). Таким образом, в этом случае переменный ток представляет собой энергию, создаваемую солнечными батареями. Эта солнечная энергия преобразуется в переменную. Причина преобразования постоянного тока в переменный ток заключается в том, чтобы обеспечить использование энергии различными бытовыми приборами именно так, как вы питаете электронику с нормальным электричеством.
Соображения, которые следует учитывать перед установкой солнечных панелей
Прежде чем предпринимать какие-либо шаги для установки солнечных батарей в вашем доме, убедитесь, что солнечная энергия подходит вам и вашему дому. Затем убедитесь, что в вашем населенном пункте имеется достаточное количество солнечного света . Пригодность солнечной энергии значительно варьируется в зависимости от того, сколько солнца получает площадь. Если ваша область не получает достаточного солнечного света, инвестирование в солнечные батареи не будет лучшей причиной.Определив, что ваша область получает достаточный солнечный свет, убедитесь, что место для установки доступно . Мы узнали, что солнечные панели типично устанавливаются на крышах зданий. Хотя это похвально, это не единственный вариант. Если у вас есть свободное место на заднем дворе, это будет идеальное место для наземного крепления. Вариант заднего двора идеально подходит для тех, чьи крыши сильно затенены или не имеют структурной важности для солнечных панелей. Кроме того, важно знать местные законы, касающиеся установки солнечных батарей, чтобы избежать неприятностей с местными властями. Вы можете получить эту информацию от своего местного консультанта по солнечной энергии
Воздействие на окружающую среду
Хотя солнечная энергия считается одним из самых чистых и возобновляемых источников энергии среди доступных источников, но также имеет некоторые экологические последствия. Солнечная энергия использует фотогальванические элементы для получения солнечной энергии. Однако производство фотогальванических элементов для получения энергии требует кремния и производства некоторых отходов . Неправильное обращение с этими материалами может привести к опасному воздействию людей и окружающей среды. Для установки солнечных электростанций может потребоваться большой участок земли, который может повлиять на существующие экосистемы . Солнечная энергия не загрязняет воздух при преобразовании в электричество солнечными батареями. Он встречается в изобилии и не помогает в глобальном потеплении.
Будущее солнечной энергии
Прежде чем мы будем обсуждать будущее солнечной энергии, мы должны сначала поставить некоторые факты в перспективу:Изменение климата — это реальное явление и большая угроза для людей и других форм жизни на планете Земля.Если мы серьезно относимся к тому, чтобы риск наших детей нести основную тяжесть последствий изменения климата, мы должны занять первое место в минимизации темпов выбросов парниковых газов на 80% к началу 2050 года. Поскольку 60% глобальных выбросов результаты использования энергии, мы обязаны начинать технологии с низким уровнем выбросов углерода в огромных масштабах, начиная с сегодняшнего дня.Солнечная энергия является крупнейшим энергетическим ресурсом,Независимо от того, являются ли они возобновляемыми или нет, другие источники энергии, кроме геотермальных, ядерных и приливных, вытекают из солнечного света. Ископаемое топливо — это просто солнечная энергия, встроенная в течение десятилетий (с использованием остатков животных и растительной жизни) в качестве батарей. Волна и энергия ветра обязаны своим происхождением солнечной энергии. Среди источников энергии с низким уровнем выбросов углерода это просто ветер, солнечная энергия и, возможно, ядерная энергия, которая может обеспечить развертывание уровня тераватт (TW), необходимое для удовлетворения постоянно растущего спроса на энергию.Существует значительное увеличение солнечных фотоэлектрических технологий.Фотоэлектрические технологии расширяются быстрее, чем любые энергетические технологии. Емкость всех установленных фотоэлектрических устройств удваивается каждые 2 года с 2000 года, до 201 гигаватт-пиков (GWp) в 2014 году. Этот экспоненциальный рост не показывает признаков ослабления. Если быстрый рост фотогальванических технологий продолжится с такими экстраординарными темпами, солнечная энергия, без каких-либо сомнений, удовлетворит весь мировой спрос на энергию в течение следующего десятилетия.Тем не менее, будущее солнечной энергии — не что иное, как яркое, учитывая такие крупные экономики, как США, а Китай — миллиарды долларов на разработку и установку солнечных энергетических технологий. Кроме того, тот факт, что солнечная энергия является возобновляемым ресурсом, делает ее привлекательной для большинства правительств, которые уменьшают зависимость от ископаемых видов топлива.
Источник