Особенности используемых в формуле показателей
Величина солнечной энергии, падающей на крышу и стены дома в определенном регионе, может измеряться для разных промежутков времени. Метеорологи (именно они занимаются измерением этого показателя) рассчитывают годовую, месячную и дневную солнечную радиацию, приходящуюся на 1 кв. м.
Если этот показатель годовой, то его единицей измерения является кВт*ч/(м²*год). Вместо слова «год» могут быть слова «месяц» и «день». Например, показатель 5 кВт*ч/(м²*день) означает, что за 1 день на 1 квадратный метр падает 5 кВт солнечной энергии.
В вышеуказанную формулу можно подставлять любой показатель. При этом следует помнить, что если подставляется годовая солнечная энергия, то результатом расчета будет такое количество электроэнергии, сколько панель производит за 1 год. Аналогично с показателями других промежутков времени. Наиболее целесообразно высчитывать месячную выработку электрической энергии. Это потому, что интенсивность освещения в каждом месяце различна, и для выработки, например, 10 кВт электричества, надо использовать , а также подключать соответствующее число аккумуляторов.
Хотя выражение включает в себя 2 показателя, его следует рассматривать, как один. Это потому, что он показывает производительность панели
. Более правильно было бы использовать выражение, где S является площадью светочувствительных пластин в кв. м. Оно позволяет определить КПД солнечных батарей, а точнее, какую часть света может превратить 1 кв. метр панели в электрическую энергию.
Например, есть немецкая монокристаллическая панель SolarWorld 2015. Она имеет площадь 1,995 кв. метр и мощность 320 Вт. Ее КПД составляет 320 / (1 000 * 1,995) * 100 = 16,04%. Конечно, для применения в формуле выражение на 100 умножать не надо. В ней следует использовать число 0,1604.
Однако второе выражение не используют потому, что результатом будет мощность 1 кв. метра панели
. Как известно, батарея редко имеет такую площадь. Этот ее показатель значительно больше. Например, вышеупомянутое изделие имеет площадь 1,995 м². В итоге, конечный рассчитанный по формуле результат нужно было бы умножать на площадь. Получилось бы так, что в числителе и знаменателе выражения будет S. А если S делить на S выйдет 1.
Ко берут из специальной таблицы, в которой разной величине угла наклона и угла отклонения от южного направления соответствует определенный коэффициент. Такую таблицу могут предоставить производители. Также они всегда могут дать полезные консультации, часть которых может касаться выбора аккумуляторов.
КПД солнечных батарей (видео)
Современные солнечные батареи, как экологически чистые устройства преобразования энергии с неиссякаемым теплоносителем, набирают всю большую популярность. Уже сегодня девайсы с фотоэлектрическими преобразователями используют для бытовых целей (зарядки телефонов, планшетов). Эффективность солнечных установок пока уступает альтернативным способам получения энергии. Но, повышение КПД преобразователей – это первостепенная задача современной энергетики.
Дата добавления: 30.04.2015
В наше время возобновляемая энергетика, особенно где используется солнечная энергия, развивается очень интенсивно. В связи с этим продолжается активный поиск способов и устройств, повышение продуктивности существующих систем, позволяющих максимально эффективно преобразовать энергию солнца в электричество. Тут можно выделить два направления – прямое преобразование солнечного излучения в электрический ток, и многократное преобразование солнечной энергии – в тепло, далее в механическую работу, а потом в электричество. Пока во втором направлении достигнуты более высокие результаты – промышленные гелиоустановки с концентраторами, турбинами или двигателями Стирлинга показывают отличную продуктивность преобразования солнечной энергии. Так, на эксплуатирующейся в в Нью-Мексико гелиостанции с солнечными концентраторами и двигателями Стирлинга получен КПД на выходе, с учетом расходов энергии на систему ориентации и прочее – 31,25 %.
Но подобные гелиоустановки чрезвычайно сложные и дорогие, эффективны в условиях очень высокой солнечной инсоляции и пока достаточного развития в мире не получили. Поэтому прямые преобразователи солнечного излучения – солнечные батареи
, занимают лидирующее положение в мире солнечной энергетики по инсталляциям и спектру применения. Продуктивность серийных промышленных солнечных панелей на сегодняшнее время, в зависимости от технологии, находится в диапазоне от 7 до 20%. Технологии не стоят на месте, развиваются и совершенствуются, уже разрабатываются и тестируются новые ячейки, по крайней мере, вдвое продуктивнее существующих. Попробуем вкратце рассмотреть основные направления развития фотоэлектрических панелей, технологий и их продуктивности.
Подавляющее большинство ячеек солнечных преобразователей современных серийных фотомодулей изготавливается из монокристаллического (C-Si), или поликристаллического (МС-Si) кремния. На сегодняшний день такие кремниевые фотоэлектрические модули занимают около 90% рынка фотоэлектрических преобразователей, из которых примерно 2/3 приходится на поликристаллический кремний и 1/3 — на монокристаллический. Далее идут солнечные модули, фотоэлементы которых изготовлены по тонкопленочной технологии – методом осаждения, или напыления фоточувствительных веществ на различные подложки. Существенное преимущество модулей из этих элементов – более низкая стоимость продукции, ведь для их требуется примерно в 100 раз меньше материала по сравнению с кремниевыми пластинами. И пока что меньше всего представлены многопереходные солнечные элементы из так называемых тандемных, или многопереходных ячеек (multijunction cells).
Доли рынка фотоэлектрических панелей различных технологий:
Расчет мощности солнечных батарей
Мощность солнечных панелей для автономных систем выбирается исходя из необходимой вырабатываемой мощности, времени года и географического положения. Необходимая вырабатываемая мощность определяется мощностью, требуемой потребителям электроэнергии, которые планируется использовать. При расчете стоит учитывать потери на преобразование постоянного напряжения в переменное, заряд-разряд аккумуляторов и потери в проводниках.
Солнечное излучение величина не постоянная и зависит от многих факторов – от времени года, времени суток, погодных условий и географического положения. Эти факторы также должны учитываться при расчете количества необходимой мощности солнечных панелей. Если планируется использование системы круглогодично, то расчет должен производиться с учетом самых неблагоприятных месяцев с точки зрения солнечного излучения.
При расчете для каждого конкретного региона необходимо проанализировать статистические данные о солнечной активности за несколько лет. На основании этих данных, определить усредненную действительную мощность солнечного потока на квадратный метр земной поверхности. Эти данные можно получить у местных или международных метеослужб. Статистические данные позволят с минимальной погрешностью спрогнозировать количество солнечной энергии для вашей системы, которая будет преобразована солнечными панелями в электроэнергию.
Для примера рассмотрим усредненную дневную инсоляцию по месяцам с одного из серверов метеослужб для г. Москвы. Данные указаны с учетом атмосферных явлений и являются усредненными за несколько лет.
Единица измерения инсоляции в таблице кВт*ч/м2/сутки.
Угол наклона плоскости, градусы по отношению к земле (0°- инсоляция на горизонтальную плоскость, 90 – инсоляция на вертикальную плоскость и т. п.), при этом плоскость ориентирована на Юг.
| Янв. | Февр. | Март | Апр. | Май | Июнь | Июль | Авг. | Сент. | Окт. | Нояб. | Дек. | Среднегодовая инсоляция кВт*ч/м2/сутки | |
| 0° | 0.75 | 1.56 | 2.81 | 3.87 | 5.13 | 5.27 | 5.14 | 4.30 | 2.63 | 1.49 | 0.81 | 0.50 | 2.86 |
| 40° | 1.51 | 2.55 | 3.78 | 4.34 | 5.12 | 4.97 | 5.00 | 4.57 | 3.22 | 2.20 | 1.46 | 1.08 | 3.32 |
| 55° | 1.66 | 2.70 | 3.82 | 4.16 | 4.70 | 4.51 | 4.53 | 4.31 | 3.17 | 2.27 | 1.58 | 1.20 | 3.22 |
| 70° | 1.72 | 2.71 | 3.67 | 3.79 | 4.18 | 3.95 | 4.00 | 3.85 | 2.97 | 2.24 | 1.62 | 1.26 | 3.00 |
| 90° | 1.65 | 2.50 | 3.19 | 3.07 | 3.21 | 2.99 | 3.05 | 3.08 | 2.51 | 2.02 | 1.53 | 1.22 | 2.50 |
| Оптимальный угол | 72.0 | 63.0 | 50.0 | 34.0 | 20.0 | 11.0 | 16.0 | 27.0 | 43.0 | 58.0 | 69.0 | 74.0 | 44.6 |
Как видно, самым неблагоприятным месяцем для данного региона является декабрь, дневная усредненная инсоляция на горизонтальную поверхность земли составляет 0,5 кВтч/м2/сутки, на вертикальную – 1,22 кВт*ч/м2/сутки. При угле наклона плоскости относительно земли 70 градусов инсоляция будет составлять 1,26 кВтч/м2/день, оптимальным углом для декабря является 74 градуса. Самым благоприятным месяцем является июнь и инсоляция на горизонтальную поверхность составит 5,27 кВтч/м2/сутки, оптимальный угол наклона для июня 11 градусов.
Угол наклона солнечной панели, при круглогодичном использовании в системе, которая потребляет в среднем одну и ту же мощность независимо от времени года, должен совпадать с оптимальным углом наклона самого неблагоприятного месяца по количеству солнечной радиации. Оптимальным углом наклона для декабря в г. Москва является 74 градус, таким образом и стоит устанавливать солнечную панель, так как в другие месяцы инсоляция заметно больше, и как следствие выработки электроэнергии будет более чем достаточно. Более того, в зимнее время при углах наклона 70-90 градусов, на солнечной панели не будут скапливаться осадки в виде снега. Если задачей является получение максимальной мощности от солнечных панелей, в течение всего года, то требуется постоянно ориентировать солнечную панель максимально перпендикулярно солнцу.
Формула расчета мощности солнечных панелей
Pсп=Eп*k* Pинс / Eинс, где:
Pсп — мощность солнечных панелей, Вт;
Еп — потребляемая энергия, Втч в сутки;
Eинс — среднемесячная инсоляция (из таблицы) кВтч/м2/день;
Pинс – мощность инсоляции на земной поверхности на одном квадратном метре (1000Вт/м2);
k – коэффициент потерь на заряд – разряд аккумуляторов, преобразование постоянного напряжения в переменное, обычно принимают равным 1,2-1,4.
Формула расчета вырабатываемой энергии солнечными батареями
Eв=Eинс*Pсп/Pинс*k, где:
Pсп — мощность солнечных панелей, Вт;
Ев — вырабатываемая энергия солнечными панелями, Втч в сутки;
Eинс — среднемесячная инсоляция (из таблицы) кВтч/м2/день;
Pинс – мощность инсоляции на земной поверхности на одном квадратном метре (1000Вт/м2);
k – коэффициент потерь на заряд – разряд аккумуляторов, преобразование постоянного напряжения в переменное, обычно принимают равным 1,2.
КПД солнечных батарей
Наука и технологии не стоят на месте в сфере использования альтернативной энергетики, а использование солнечной энергии в быту и промышленности будет дальше развиваться и совершенствоваться, пытаясь вытеснить традиционные источники энергии. К сожалению, до глобального доминирования гелиоэнергетики пока далеко и виной тому низкий КПД солнечных батарей.
Факторы влияющие на эффективность солнечных батарей
На эффективность работы солнечных батарей влияют объективные и субъективные факторы, такие как:
- материалы, используемые в изготовлении,
- технологии,
- место использования (широта),
- угол падения солнечных лучей,
- запыленность и повреждения.
Лидеры энергоэффективности солнечных батарей
Рассмотрим лидеров в изготовлении наиболее эффективных компонентов солнечных панелей и отсортируем по их эффективности:
- 44,7% КПД от первого из неуниверситетских научно-исследовательских институтов Германии. Результат получен для концентраторов тройного перехода слоев сложного состава полупроводника (Ga 0,35 В 0,65 P / Ga 0,83 В 0,17 As / Ge). Такие солнечные элементы сложны, не используются в жилых или коммерческих целях, потому что они очень дороги. Они используются в космической технике таких производителей, как NASA, где мало пространства.
- 37,9% эффективности получено из однослойного модуля полупроводникового перехода (InGaP / GaAs / InGaAs). При этом результат получен исключительно для 90° нормали к Солнцу. Эти солнечные элементы также сложны и трудоемки в изготовлении, но их промышленное производство видится более перспективным.
- 32,6% добились испанские исследователи с института (IES) и университета (UPM). Они использовали мульти-модули из концентраторов с двумя переходами полупроводников. Опять же, эти элементы еще далеки от широкого использования для коммерческих или жилых объектов.
Баланс эффективности солнечных батарей
Есть около десятка крупнейших производителей, выпускающих солнечные батареи со сравнительно неплохим КПД и умеренной стоимостью. Ведущие компании производящие солнечные батареи при самых современных технологиях могут промышленно изготавливать солнечные элементы с эффективностью близкой к 25%. При этом хорошо налажено массовое производство модулей с КПД солнечных батарей, как правило, не превышающих показатель 14-17%. Главной причиной этой разницы в эффективности является то, что методы исследования, используемые в лабораториях, не подходят для коммерческого производства фотоэлектрической продукции и, следовательно, более доступные технологии имеют сравнительно низкие затраты в производстве, что и приводит к понижению показателя КПД в использовании.
Для этого покажем на графике зависимость стоимости готового модуля к стоимости произведенной электроэнергии для технологических серий солнечных батарей с характерными для них показателями КПД.
На сравнительном графике хорошо видна экономическая эффективность солнечных батарей с начальными лабораторными показателями КПД, изготовленных по разным технологиям, в отношении оптимальной стоимости произведенной электроэнергии в 6 центов за кВт-час (3,4 руб/кВт-ч).
Таким образом, самые доступные и недорогие в изготовлении солнечные элементы из аморфного кремния в виде тонкой гнущейся пленки окупают себя при сравнительно небольших размерах, но экономически не эффективны при больших потребностях в электроэнергии. Они широко применяются для переносных зарядок телефонов, светильников и т. д.
Батареи из поликристаллического кремния уже становятся эффективны при применении для жилых домов и небольших теплиц.
Элементы опытных солнечных электростанции изготовлены на основе монокристаллов кремния высокой степени очистки (99,999). Обладают оптимальными показателями эффективности и имеют экономически обоснованный срок окупаемости.
Новейшие научные разработки фотоэлементов, имеющие, самый высокий КПД применяются исключительно в тех отраслях науки и промышленности, где стоимость не является основным критерием выбора.
Применение солнечных батарей все больше входит в различные сферы нашей жизни, но к сожалению, из-за несовершенства технологии производства (и как следствие достаточного низкого КПД) при значительной стоимости не имеет широко применения.
Что это такое
Процесс генерирования электричества из частиц солнечного света – фотонов – в перечне природных компонентов называется фотоэлектрическим эффектом. После открытия данного физического явления встал вопрос о том, как его можно контролировать. С этой целью были созданы специальные компактные электронные приспособления – фотоэлементы, в основе которых содержатся полупроводниковые материалы.
На промышленном производстве нашли способ объединить микроскопические преобразователи в достаточно большие и эффективные панели. В частности, КПД кремниевых модульных гелиопанелей, которые в больших объемах выпускаются современными предприятиями, составляет 18-22 %.
Солнечная батарея состоит из нескольких таких модулей. Через нее солнечные фотоны подаются в электрическую цепь в качестве частиц постоянного тока. Далее они распределяются по аккумулирующим устройствам или трансформируются в заряды переменного тока с напряжением в 220 вольт. Полученная энергия позволяет питать домашние электроприборы.
Описание задачи
Время года, когда необходимо освещение (мы помним, что зимой выработка батарей в 10-12 раз ниже, чем летом) — круглый год. Значит, считать систему надо будет по самому темному месяцу, а летом выработка будет в 10 раз больше, чем необходимо.
Расположение объекта (для расчёта количества солнца) — Ленинградская или Московская область.
Максимальная потребляемая мощность. Это то, какая максимально мощность может потребляться. То есть, если в доме обычно горит только одна лампочка, но на 5 минут в день включают чайник, то надо считать по мощности чайника + лампочки. Эта цифра определяет мощность инвертора, создающего 220 вольт из аккумуляторов. Пусть в нашем случае это порядка 300 Вт, то есть, чайник не включается, либо используется постой автомобильный вариант
Но освещение осуществляется светодиодными прожекторами, поэтому надо принять во внимание пусковой ток и то, что нагрузка не резистивная
Сколько нужно электроэнергии в сутки. Нельзя путать этот параметр с предыдущим. Максимальная мощность измеряется в ваттах и определяет мощность инвертора. А количество электроэнергии измеряется в ватт-часах в единицу времени, для нашего расчёта это сутки. Казалось бы, время и в числителе, и в знаменателе, и можно его сократить, но тогда потеряем физический смысл и удобство понимания этой величины.
Если вам не дают покоя единицы измерения, то вот ещё немного информации. Ток (амперы) — это количество кулонов электроэнергии, прошедшее через провод в единицу времени. В кулонах измеряется как раз количество электричества. Мы к этой единице измерения добавляем (не в прямом смысле) время и напряжение. Мощность — это ток * напряжение. Значит, мощность = кулоны * напряжение / время.
Сказать, что лампочка потребляет (правильно сказать — имеет мощность) 100 ватт — всё равно, что сказать, что она потребляет 100 ватт-часов в час. Или 2400 ватт-часов в сутки.
Мощность осветительных приборов в нашей задаче 280 ватт, потребление 280 ватт-часов. Работает 10 часов в сутки. Значит, наша искомая цифра потребления электричества в сутки — 2800 ватт-часов в сутки.
В романе «Марсианин» (по которому сняли фильм с Мэттом Деймоном в главной роли) герой в своих расчетах назвал единицу измерения «киловатт-час в сол» — пират-ниндзя, сокращённо пн. Рекомендую к прочтению.
Итак, нам нужна выработка после инвертора 2800 ватт-часов в сутки. КПД хорошего инвертора на уровне 92-96%. Потребление в спящем режиме (то есть, потребление платы инвертора) до 5Вт. Итого 120Вт-часов в сутки.
Получается, что нам нужна выработка батарей не 2800, а 3100, чтобы покрыть КПД (нагрев инвертора) и питание самого инвертора. Если бы нагрузка была не 220, а 24 вольта, этих потерь можно было бы избежать.
Ещё у нас есть такая вещь, как КПД аккумулятора. Все заметили, что когда телефон заряжается, он тёплый или горячий. То есть, часть энергии заряжает аккумулятор, а часть греет телефон. Поскольку освещение нам нужно не днём, а ночью, то мощность надо считать с учётом КПД заряда и разряда аккумулятора. Этот КПД зависит от тока заряда и разряда и типа аккумуляторов, а также от температуры воздуха. Мы возьмём его 75%.
Получается, что нам надо уже 4133 ватт/часа в сутки. Получается, что 32% выдаваемого батареями тока идёт на покрытие потерь. Это печально.
Считаем, что для этого нужно.
Расчёт и выбор аккумулятора
Для начала необходимо рассчитать мощность ожидаемой выработки энергии. Расчеты производятся на основе мощности излучения солнца, составленных с учетом погоды в разное время года.
Помимо этого при получении результата необходимо в обязательном порядке учесть углы наклона панели солнечной батареи, причем неважно — горизонтально или вертикально она сориентирована. Угол наклона крайне важен, поэтому его нужно выбирать правильно. Угол наклона крайне важен, поэтому его нужно выбирать правильно
Угол наклона крайне важен, поэтому его нужно выбирать правильно.
Если планируется эксплуатировать систему в течение всего года, то лучше всего сориентировать панель под угол на пятнадцать градусов больше, чем значение географической широты расположения объекта, где находится система.
Помимо всего этого необходимо учитывать, что в процессе эксплуатации на панели солнечной батареи будет скапливаться пыль, наледь и снег. Для московского региона угол наклона панели составляет семьдесят процентов с ориентацией на южную сторону. Если планируется использовать фотоэлектрическую батарею, то её можно установить на фасаде дома или на крыше, при этом угол наклона должен быть сориентированным в восточном или западном направлении.
После выбора угла наклона панели солнечной батареи нужно провести расчет возможной производительности солнечной электростанции, требуемого числа солнечных модулей, необходимых для функционирования системы в определенном режиме. Все расчеты осуществляются на примере самого худшего месяца, чаще всего этим месяцем является январь, и самого лучшего для солнечной электростанции — июль, а также для большей части года, периода с последнего месяца зимы, февраля, по последний месяц осени, ноябрь.
Именно в этот период солнце наиболее активно. Стандартный показатель инсоляции рассчитывается для площади в один квадратный метр, при этом номинальное значение мощности определяется при температуре в двадцать пять градусов стандартного потока света в один киловатт на один квадратный метр.
Принимая максимальное значение инсоляции (мощность излучения солнца, падающего на поверхность), расчет показывает, что значение вырабатываемой батареей электрической энергии относится к значению показателя инсоляции одного квадратного метра, точно также, как и вырабатываемая энергия к значению мощности солнечного излучения на поверхности земли при ясной погоде, которая приходится на один квадратный метр, то есть тысячи ватт.
Умножая значение месячной инсоляции на значение вырабатываемой мощности солнечной батареи, поделенное на максимальное значение инсоляции, можно более точно узнать возможную месячную выработку энергии солнечной батарей.
Расчет выработки солнечной панели проводится при помощи перемножения значения месячной инсоляции, выработки электрической энергии и соотношения КПД солнечной батареи и номинального значения мощности батареи.
В свою очередь, значение номинальной мощности устройства рассчитывается при помощи перемножения максимального значения мощности инсоляции и выработки электрической энергии, получаемой от солнечной электростанции, поделенных на произведение месячной инсоляции и КПД.
[su_youtube url=»https://www.youtube.com/embed/NTbKOjVwxQQ»]
Факторы, влияющие на эффективность фотомодулей
Журналисты ProfiDom.com.ua не раз слышали мнение, что на КПД влияет только используемый в производстве материал и от него напрямую зависит мощность батареи, но это не совсем так. Существует несколько технологических нюансов.
Как оценивается КПД солнечных панелей
КПД – пусть, не единственный, но все же, ключевой параметр. Он показывает, какой процент солнечного света панель может трансформировать в электроэнергию. КПД измеряется в «чистых» лабораторных условиях при следующих параметрах:
- Объем энергии солнечного света – 1000 Вт;
- Температура – 25 градусов;
- Рабочая площадь модуля – 1 м2;
- Угол наклона панели – 30 градусов.
И если производитель, к примеру, указывает КПД в 17%, это значит, что при указанных выше условиях из 1000 Вт батарея демонстрирует выходную мощность в 170 Вт на м2.
Вообще, эталоном для кремниевых элементов является 20% КПД. Некоторым производителям удалось увеличить этот показатель за счет технологических решений, но, в среднем, полезное действие составляет 16-18%. При этом:
- Поликристаллические панели показывают 14-16%;
- Монокристаллические дотягивают до 17-20%.
Влияние КПД на эффективность вполне очевидно: чем больше солнечной энергии может преобразовать модуль, тем выше мощность на выходе. Также, очевидно, что при эксплуатации достичь лабораторных условий невозможно, поэтому, фактический КПД часто отличается от заявленного.
Соединение и размеры пластин солнечных панелей
Солнечные панели состоят из многочисленных кремниевых пластин (36, 60, 72, 96 хотя возможно и другое количество). От размера и технологии соединения этих пластин напрямую зависит эффективность:
- Монокристаллические батареи, разделенные на 60 клеток, выдают до 19% КПД;
- Панели, разделенные на шинглы – прямые горизонтальные линии – демонстрируют от 17% до 19% КПД;
- 120-клеточная панель, в которой размер клетки уменьшен вдвое, позволяет повысить производительность до 20%;
- Новейшие батареи с IBC-структурой на 60 или 96 клеток выдают до 22% эффективности, что пока является рекордом.
При оценке соединения, на первое место выходит количество шин. Шины – это вертикальные линии, проходящие сквозь всю панель, через которые передается выработанное электричество. Чем больше шин, тем меньше потерь при передаче. Наиболее эффективными на данный момент являются панели IBM-5 с 5-тью горизонтальными шинами.
Мощность солнечных батарей на квадратный метр
Альтернативный способ оценки эффективности солнечной панели – это измерение производственной мощности на м2 или на 1 модуль (по стандарту – 1,6 м2). В этом случае, покупатель получает не абстрактные проценты, а конкретное количество вырабатываемой энергии.
Мощность и КПД – взаимосвязанные величины и тестируются они при одинаковых лабораторных условиях. Поэтому, чтобы рассчитать мощность, – достаточно площадь умножить на КПД и на 1000 Вт (солнечное излучение при испытаниях). Например, 1,6*20%*1000 = 320 Вт.
Однако, производители добиваются и большей мощности при меньших КПД, за счет оптимизации соединений и сокращении энергопотерь, при передаче от фотомодуля непосредственно на распределительную коробку. Поэтому, одинаковые по КПД панели могут на выходе давать разное количество энергии.
Расчет производительности
Применение солнечной энергии и экономическую рациональность таких концепций обусловливает эффективность всех видов систем солнечных батарей. Прежде всего учитываются затраты, обращённые на преобразование энергии солнца в электрическую.
Насколько окупаемы и эффективны такие системы, определяют и такие факторы как:
- Тип гелиопанелей и сопутствующего оборудования;
- КПД фотоэлементов и их стоимость;
- Климатические условия. В разных регионах — разная солнечная активность. Она же влияет и на срок окупаемости.
Как подобрать нужную производительность
Перед покупкой панелей необходимо знать, какую необходимую эффективность сможет выдавать солнечная батарея.
Если ваш домашний уровень потребления составляет, к примеру, 100 кВт/месяц (по электросчетчику), то целесообразно чтобы гелиоэлементы вырабатывали столько же.
С этим определились. Пойдем дальше.
Понятно, что гелиостанция работает только в дневное время суток. Мало того — паспортная мощность будет достигнута при наличии ясного неба. Кроме этого, пика мощности можно добиться при условии падения лучей солнца на поверхность под прямым углом.
При изменении положения солнца изменяется и угол панели. Соответственно, при больших углах будет наблюдаться заметное снижение мощности. Это только при условии ясного дня. В пасмурную погоду можно гарантировать падение мощности в 15–20 раз. Даже небольшое облачко или дымка вызывает падение мощности в 2–3 раза
Это тоже надо принимать во внимание
Теперь — как рассчитать время работы панелей?
Рабочий период, при котором батареи смогут эффективно работать практически на всю мощность, составляет примерно 7 часов. С 9–00 до 4–00 вечера. В летнее время световой день больше, но и выработка электричества в утреннее и вечернее время совсем мала — в пределах 20–30 %. Остальная часть, это 70 %, будет вырабатываться, опять-же, в дневное время, с 9 до 16 часов.
Итак, получается, что если панели имеют паспортную мощность 1 кВт, то в самый летний, самый солнечный день выработают 7 кВт/час электроэнергии. При том условии, что проработают с 9 до 16 часов дня. То есть в месяц это составит 210 кВт/час электроэнергии!
Это комплект панелей. А одна панелька мощностью всего-навсего в 100 ватт? За день она даст 700 ватт/час. В месяц 21 кВт.
Экономическая целесообразность использования солнечных систем
В солнечных системах отсутствуют какие-либо подвижные узлы и детали, что в значительной степени повышает их долговечность. Минимальный срок службы, заявленный производителями, составляет 25 лет. При условии своевременного обслуживания и соблюдения правил эксплуатации, этот срок может быть увеличен до 50 лет.
Данные устройства не подвержены серьезным поломкам и неисправностям. Все обслуживание заключается в периодической очистке фотоэлементов от загрязнений, налипшего снега и т.д. Своевременный уход существенно увеличивает коэффициент полезного действия и эффективность всей системы. Во многих случаях решение о покупке и установке батарей принимается именно по причине их долговечности. После того как устройство окупит себя, получаемое электричество будет фактически бесплатным.
Полная окупаемость панелей наступает задолго до окончания срока их службы. Единственным серьезным препятствием в использовании этих устройств становится высокая стоимость. Учитывая низкий КПД, многие люди начинают сомневаться в экономической целесообразности такого способа получения электроэнергии. В связи с этим, принимая решение, нужно учитывать все факторы, характерные для данного региона.
Окупаемость и эффективность солнечных батарей зависит от следующих факторов и условий:
- Тип солнечных панелей и оборудования, величина их КПД, начальная цена фотоэлементов.
- Региональные климатические условия. С увеличением интенсивности солнечного излучения, срок окупаемости заметно снижается за счет большего количества произведенной электроэнергии.
- Стоимость оборудования и монтажных работ. Региональная цена электроэнергии.
Специалисты в данной области постоянно работают над повышением эффективности и КПД солнечных панелей. Постепенно снижается и себестоимость фотоэлементов. В перспективе это значительно снизит срок окупаемости и сделает гелиосистемы доступными для широких слоев населения.
Итоговые значения
Зная базовое энергопотребление и солнечную активность региона, рассчитать количество солнечных батарей очень просто. Сначала надо базовую энергонорму за сутки поделить на соответствующую инсоляцию для нужного месяца
Очень важно вести расчет именно по месяцам, поскольку из-за изменений инсоляции итоговые значения будут сильно варьироваться (в несколько раз). Полученное в результате число нужно разделить на мощность выбранной панели (по паспорту)
Итог округляется в сторону большей величины и показывает, сколько потребуется солнечных батарей. Разумеется, чем больше заявленная производительность одной панели, тем меньше их нужно будет установить.
Очень важно заранее определить, в какие именно месяцы будет работать вся система. Связано это с падением инсоляции, из-за чего для обеспечения одной и той же нормы потребления потребуется в несколько раз больше солнечных батарей
К примеру, базовая норма за сутки для дома, согласно расчетам, 10 кВтч, а солнечная активность – 2кВтч/м2 (берем ориентировочно). Тогда при мощности фотопанели в 200Вт (0,2 кВт) надо смонтировать 10/2/0,2 = 25 штук. Зимой же инсоляция упадет несколько раз, средние значения обычно варьируются от 0,5 до 1,6. Соответственно возрастает и число фотобатарей. Так, при инсоляции 0,7 получим 10/0,7/0,2 = 72 штук (округленно). Разница весьма ощутима.
