Фотоэлектрические системы электроснабжения


Фотоэлектрические системы электроснабжения
Если фотоэлектрический комплект для ваших потребностей мал, то вы можете установить себе полноценную солнечную систему электроснабжения
Существуют 3 основные конфигурации солнечных фотоэлектрических систем электроснабжения, которые описаны ниже. Также, дополнительная информация содержится на страничке с описанием особенностей различных фотоэлектрических систем.
Разновидности фотоэлектрических энергосистем
1. Автономная фотоэлектрическая система полностью независима от сетей централизованного электроснабжения. За исключением некоторых специальных применений, в которых энергия от солнечных батарей напрямую используется потребителями (например, водоподъемные установки, солнечная вентиляция и т.п.), все автономные системы должны иметь в своем составе аккумуляторные батареи. Энергия от аккумуляторов используется во время недостаточного прихода солнечной радиации или когда нагрузка превышает генерацию солнечных батарей.
2. Батарейная соединенная с сетью фотоэлектрическая система похожа на автономную систему. В ней также используются аккумуляторные батареи, но такая система одновременно подключена к сетям централизованного электроснабжения. Поэтому излишки, генерируемые солнечными батареями могут направляться в нагрузку или сеть (для этого необходимы специальные инверторы, которые могут работать параллельно с сетью, их часто называют "гибридными"). Если потребление превышает генерацию электричества солнечными батареями, то недостающая энергия берется от сети. Некоторые модели таких инверторов с зарядными устройствам могут давать приоритет для заряда аккумуляторов от источника постоянного тока (например, солнечного контроллера), тем самым снижая потребление энергии от сети для заряда аккумуляторов.Существует разновидность батарейной соединенной с сетью системы, в которой вместо контроллеров заряда солнечных батарей применяются сетевые фотоэлектрические инверторы, соединенных к выходу ББП. Такую возможность имеют всего несколько моделей ББП, но общая эффективность системы за счет применения сетевых фотоэлектрических инверторов может быть намного выше, чем при применении контроллеров заряда АБ.
3. Безаккумуляторная соединенная с сетью фотоэлектрическая система является самой простой из всех систем. Она состоит из солнечных батарей (или ветроустановки, или микроГЭС) и специального инвертора, подключенного к сети. В такой системе нет аккумуляторов, поэтому они не могут использоваться в качестве резервных систем. Когда сеть пропадает, то и выработка электроэнергии солнечными батареями также прекращается. Это может быть ограничением такой системы, но основное ее преимущество - высокая эффективность, низкая цена (за счет отсутствия аккумуляторов и менее дорогого сетевого инвертора) и высокая надежность.
Автономные фотоэлектрические энергосистемы
Возможно создание автономной системы электроснабжения на солнечных батареях различной сложности. Наиболее простая система имеет на выходе низкое напряжение постоянного тока (обычно 12 или 24В). Такие системы применяются для обеспечения работы освещения и небольшой нагрузки постоянного тока в доме - радио, телевизор, ноутбук, магнитофон и т.п. Можно использовать различные автомобильные аксессуары, вплоть до холодильников. Следует отметить, что при этом необходима прокладка отдельной проводки постоянного тока со специальными розетками и вилками, которые исключают неправильную полярность подключения. При подключении светильников с лампами постоянного тока необходимо также соблюдать полярность и следить за тем, чтобы при замене ламп они имели такую же полярность подключения, как и те, которые использовались ранее. В противном случае возможен выход из строя ваших потребителей.
Фотоэлектрическая система постоянного тока для дома
Типовая схема такой системы приведена на рисунке справа. Обычно такие системы применяются, если максимальное расстояние от аккумулятора до самой дальней подключенной нагрузки не превышает 10-15 м, а ее мощность - не более 100Вт. При этом надо следить за тем, чтобы падение напряжения при всех включенных потребителях в самой дальней точке было в пределах допустимого (обычно не более 10%). Для правильного выбора сечения провода вы можете воспользоваться справочной информацией по выбору сечения провода исходя из допустимого падения напряжения на участке электропроводки.
Если у вас нагрузка превышает указанные рекомендованные максимальные значения, или потребители электроэнергии находятся на значительном расстоянии от аккумулятора, необходимо добавить в систему инвертор (преобразователь постоянного тока низкого напряжения от аккумуляторов в 220 В переменного тока). В этом случае вы сможете питать практически любую бытовую нагрузку суммарной мощностью, не превышающей мощность инвертора. Система электроснабжения автономного дома с выходом переменного тока на базе фотоэлектрической солнечной батареи в этом состоит из практически тех же компонентов, как и в предыдущем случае, плюс инвертор, т.е.:
Система электроснабжения для дома, переменный ток
Солнечной батареи необходимой мощности
Контроллера заряда аккумуляторной батарея, который предотвращает губительные для батареи глубокий разряд и перезарядБатареи аккумуляторов (АБ)
Инвертора, преобразующего постоянный ток в переменный
Энергоэффективной нагрузки переменного тока
Для обеспечения надежного электроснабжения необходим резервный источник электропитания (на рисунке не показан). В качестве такого источника может быть небольшой (2-6 кВт) бензо- или дизельэлектрогенератор. Введение такого резервного источника электроэнергии резко сокращает стоимость солнечной батареи из-за отсутствия необходимости рассчитывать ее на худшие возможные условия (несколько дней без солнца, эксплуатация зимой, и т.п.)
В этом случае в систему также вводится зарядное устройство для быстрого заряда (в течение нескольких часов) АБ от жидкотопливного электрогенератора. Возможно применение блока бесперебойного питания, в котором функция заряда АБ уже встроена.
Пример комплектации автономной фотоэлектрической системы электроснабжения
Ниже приведен вариант системы для электроснабжения удаленного жилого дома. Принимаются следующие исходные данные:
Суточное потребление энергии 3 кВт*ч (среднестатистические данные по России)
Приход солнечной радиации - 4 кВт*ч/м2 в день (средний приход солнечной радиации для европейской части России с весны по осень)
Максимальная пиковая мощность нагрузки - 3 кВт (можно одновременно включить стиральную машину и холодильник)
Для освещения используются только компактные люминесцентные или светодиодные лампы переменного тока
В пиковые часы (максимальная нагрузка, например когда включены стиральная машина, электрокипятильник, утюг и т.п.) для предотвращения быстрого разряда АБ включается бензиновый или дизельный электрогенератор
Генератор также будет включаться при пасмурной погоде, если АБ разряжается до нижнего допустимого напряжения. Возможно включение генератора как в ручном режиме, так и полностью в автоматическом. В последнем случае система также должна включать модуль автоматического запуска и останова генератора, а сам генератор должен быть немного доработан для возможности подключения системы автоматики.
Если необходимо минимизировать время работы жидкотопливного электрогенератора с целью сохранения топлива, солнечная фотоэлектрическая система электроснабжения будет состоять из элементов со следующими параметрами:
пиковая мощность солнечной батареи равна 1000 Вт (выработка до 5 кВт*ч сутки)
минимальная номинальная мощность инвертора - 3 кВт с возможностью кратковременной нагрузки до 6 кВт, входное напряжение 24 или 48 Ваккумуляторная батарея общей емкостью 800 Ач (при напряжении 12 В), что позволяет запасать до 4,5 кВт*ч электроэнергии при 50% разряде АБ)
контроллер заряда на ток до 40-50 А (при напряжении 24 В)
дизель или бензогенератор мощностью 3-5 кВт
зарядное устройство для заряда АБ от бензогенератора на ток до 150 А (может быть встроено в инвертор
кабели и коммутационная аппаратура (выключатели, автоматы, разъемы, электрощиты и т.п.)
Примеры комплектации таких систем и их стоимость вы можете посмотреть в нашем Интернет-магазин, в разделе "Фотоэлектрические системы".Если допустимо увеличение времени работы дизель-генератора, стоимость системы можно снизить за счет его более частого включения. В этом случае энергия от солнечной батареи будет использоваться для электроснабжения минимальной нагрузки - освещение, радио, телевизор - а генератор будет включаться несколько раз в день (от 2 и более, в зависимости от выбранной емкости АБ). При этом начальная стоимость системы снижается как за счет уменьшения пиковой мощности солнечной батареи, так и за счет снижения емкости АБ. Такая оптимальная система для электроснабжения жилого дома может состоять из следующих компонентов:
солнечной батареи с пиковой мощностью 300-400 Вт
инвертора мощностью 2-4 кВт, входное напряжение 24 или 48 Ваккумуляторная батарея общей емкостью 400-600 А*ч (при напряжении 12 В)
контроллер заряда на ток до 40-50 А (при напряжении 24 В)
дизельгенератор мощностью 4-6 кВт
зарядное устройство для заряда АБ от бензогенератора на ток до 150 Акабели и коммутационная аппаратура (выключатели, автоматы, разъемы, электрощиты и т.п.)
Необходимо учитывать, что одновременно со снижением общей стоимости системы возрастут эксплуатационные расходы за счет большего расхода топлива.
Если у вас есть сеть, и вы хотите снизить потребление от сети, или повысить надежность электроснабжения за счет применения солнечных батарей, обратитесь к следующей статье - Фотоэлектрические системы электроснабжения, соединенные с сетьюФотоэлектрические модули
Солнечные панели состоят из солнечных элементов. Так как один солнечный элемент не производит достаточного количества электроэнергии для большинства применений, солнечные элементы собираются в солнечных модулях для того, чтобы производить больше электричества.
Солнечные панели (также называемые фотоэлектрические или солнечные модули) производятся многих типов и размеров. Наиболее типичные - это кремниевые фотоэлектрические модули мощностью 40-160 Wp (пиковый ватт, т.е. мощностью максимум в 40-160 Вт при ярком солнце). Такой солнечный модуль имеет размер от 0,4 до 1,6 м2. Однако, широкий типоразмерный ряд солнечных модулей доступен в продаже. Солнечные панели (PV panels) могут соединяться между собой солнечные батареи (arrays) для того, чтобы получить большую мощность (например, 2 модуля по 50 Wp, соединенных вместе, эквивалентны модулю мощностью 100 Wp).
КПД доступных в продаже модулей варьируется в пределах 5-15%. Это значит, что 5-15% от количества энергии, падающей на солнечный элемент, будет трансформировано в электричество. Исследовательские лаборатории во всем мире разрабатывают новые материалы для СЭ с более высоким КПД (до 30%). Стоимость производства также очень важна. Некоторые новые технологии (такие как, например, тонкопленочные), позволяют производить СЭ в больших масштабах, что значительно снизит стоимость элементов и модулей

Солнечные модули установленные на покатой крыше Монокристаллический солнечный элемент
Сколько прослужат солнечные батареи?
Солнечные батареи были испытаны в полевых условиях на многих установках. Практика показала, что срок службы солнечных батарей превышает 20 лет. Фотоэлектрические станции, работающие в Европе и США около 25 лет, показали снижение мощности модулей примерно на 10%. Таким образом, можно говорить о реальном сроке службы солнечных монокристаллических модулей 30 и более лет. Поликристаллические модули обычно работают 20 и более лет. Модули из аморфного кремния (тонкопленочные, или гибкие) имеют срок службы от 7 (первое поколение тонкопленочных технологий) до 20 (второе поколение тонкопленочных технологий) лет. Более того, тонкопленочные модули обычно теряют от 10 до 40% мощности в первые 2 года эксплуатации. Поэтому, около 90% рынка фотоэлектрических модулей в настоящее время составляют кристаллические кремниевые модули.
Другие компоненты системы имеют различные сроки службы: аккумуляторные батареи имеют срок службы от 2 до 15 лет, а силовая электроника - от 5 до 20 лет.
Электрические характеристики солнечной батареи: вольт-амперная характеристика
Важные точки вольт-амперной характеристики, которые характеризуют солнечный модуль
Солнечный модуль может работать при любой комбинации напряжения и тока, расположенным на его вольт-амперной характеристике (ВАХ). Однако в реальности модуль работает в одной точке в данное время. Эта точка выбирается не модулем, а электрическими характеристиками цепи, к которой данный модуль (или солнечная батарея) подключен.
Напряжение, при котором ток равен 0, называется напряжением холостого хода (Voc). С другой стороны, ток, при котором напряжение равно 0, называется током короткого замыкания (Isc). В этих крайних точках ВАХ мощность модуля равна 0. На практике, система работает при комбинации тока и напряжения, когда вырабатывается достаточная мощность. Лучше сочетание называетсяточкой максимальной мощности (ТММ, или MPP). Соответствующие напряжение и ток обозначаются как Vp (номинальное напряжение) иIp (номинальный ток). Именно для этой точки определяются номинальная мощность и КПД солнечного модуля.
При прямом соединении солнечного модуля к аккумуляторной батарее, модуль работает при напряжении, равном напряжению аккумуляторной батареи в данный момент. По мере заряда АБ ее напряжение растет, поэтому модуль может работать в диапазоне напряжения от 10 до 14,5В (здесь и далее используются напряжения для модуля номинальным напряжением 12В. Для модулей с номинальным напряжением 24В значения напряжения нужно умножить на 2). Соответственно, его рабочая точка может быть довольно далеко от оптимальной. Почему же производители выбрали напряжение модуля в максимальной точке равным 17В?
Это сделано для того, чтобы компенсировать потери напряжения в фотоэлектрической системе и сохранить возможность полного заряда аккумуляторной батареи. Как известно, для заряда АБ напряжением 12В необходимо довести ее напряжение до 14,5В (или даже до 15В при заряде при низких температурах) . Напряжение солнечного модуля в реальных условиях оказывается ниже, чем 17В. Во-первых, при нагревании солнечного модуля его напряжение снижается примерно на 0,5В. Во-вторых, существуют потери напряжения в соединительных проводах. Также, редко когда уровень освещенности равен 1000 Вт/м2. Все это приводит к тому, что реальное напряжение на модуле снижается, и в действительности оно оказывается очень близко к требуемым 14,5В.
Типичная информация на шильдике солнечного модуля
Новое поколение солнечных контроллеров заряда, а также солнечные фотоэлектрические инверторы могут обеспечивать работу солнечной батареи в точке максимальной мощности. Они отслеживают точку максимальной мощности, и поддерживают напряжение на входе равный этой точке. На выходе, за счет преобразования напряжения, обеспечивается напряжение, равное напряжению на АБ. Таким образом, MPPT контроллер понижает напряжение и повышает ток. Слежение за ТММ солнечного модуля обеспечивает увеличение выработки электроэнергии на 15-30%.
Можно найти все эти параметры - (Voc, Isc, MPP, Vp, Ip) - на шильдике или прилагаемых к модулю характеристиках (заметьте, что Vp и Ip также называются номинальными значениями. Однако не ожидайте получить номинальную мощность от вашей солнечной батареи - почти невозможно, чтобы собранная система работала все время в точке максимальной мощности. Кроме изменений освещенности, на вырабатываемую мощность влияет температура солнечной батареи - чем выше температура солнечной батареи, тем ниже ее мощность.
Выбор автономной солнечной системы электроснабжения. Расчет фотоэлектрической системы

Наша компания занимается системами автономного солнечного энергообеспечения, предназначенными для электроснабжения загородных домов, коттеджей, дач, водоподъемных установок, промышленных предприятий. Мы осуществляем полный цикл работ по созданию автономных и энергосберегающих систем, включая расчет необходимой мощности Вашей системы, подбор необходимого оборудования, доставку и монтаж системы.
В ясную солнечную погоду на 1 квадратный метр земной поверхности попадает приблизительно 1000 Ватт солнечной энергии. Поступление данного вида световой энергии характеризуется неравномерностью, зависит от облачности, климата данной местности (в некоторых местах земного шара солнце светит 320-350 дней в году, а в других солнце практически не показывается). Поэтому, прежде, чем сделать выбор в пользу той или иной энергосистемы, необходимо тщательно просчитать все варианты применительно к Вашим конкретным условиям.
Комплектация солнечной электростанции может быть различной в зависимости от требований и пожеланий заказчика, требуемой мощности, расположения и т.д.
Какую систему выбрать: полностью автономную или соединенную с сетью? Выбор будет зависеть как от Ваших финансовых возможностей, так и требований к системе.
Система с аккумуляторными батареями обычно дороже на 30-40%, чем система,соединенная с коммунальной сетью и работающая без аккумулятора. Если экономический фактор для Вас важен, то необходимо учесть и стоимость подключения к электрическим сетям: она может сильно разниться в зависимости от удаленности Вашего участка от сетей централизованного электроснабжения. При выборе системы не будет лишним сравнить предварительно цены от поставщиков солнечных батарей и цены от энергосетей. Если для Вас более важна независимость от сетей и проблем, связанных с их надежностью, то полностью автономная система будет для Вас лучшим выбором. Хотя в этом случае Вам придется смириться не только с довольно высокими первоначальными инвестициями денег и времени, необходимыми для установки автономной системы, но и последующими регулярными тратами для поддержания Вашей солнечной электростанции в рабочем состоянии.
Если же для Вас приоритетом является снижение потребления электроэнергии от сетей, но в то же время без потери преимуществ пользования ими, то автономная солнечная электростанция с подключением к сетям централизованного электроснабжения – это то, что Вам нужно.
Наиболее разумным решением, если к Вашему участку уже подведена сеть электроснабжения, будет не отключаться от сети, хотя в каждом конкретном случае подход должен быть индивидуальным. Так, если в Вашем районе коммунальные сети не принимают избыток вырабатываемой индивидуальными электростанциями энергии либо стоимость электроэнергии от сетей очень высока, то подключение к сетям нецелесообразно.
Если же особых причин отключаться от сетей нет, то лучше применять системы, комбинирующие сети с солнечными батареями. Подобное решение позволит Вам пользоваться всеми преимуществами солнечных электростанций, не наносить ущерба окружающей среде и, в то же время, иметь источник резервного электроснабжения.
Эффективность фотоэлектрической системы зависит от уровня солнечной радиации. Основной составляющей фотоэлектрических систем являются модули, в которые объединяются фотоэлементы. Модули бывают рассчитаны на любое напряжение, вплоть до нескольких сотен вольт. Если в системе имеются нагрузки переменного тока, то для преобразования в переменный ток в состав системы вводят инверторы. При выборе фотоэлементов для Вашей автономной солнечной энергосистемы необходимо знать КПД того или иного вида фотоэлементов. КПД фотоэлемента представляет собой отношение энергии, попадающей на фотоэлемент к электроэнергии, поступившей к электронагрузкам. Для владельцев автономных фотоэлектрических систем важно знать практическую величину коэффициента полезного действия (существуют также теоретическая и лабораторная величины КПД). Ниже приведены значения практического КПД фотоэлементов промышленного производства:
-фотоэлементы из монокристаллического кремния: 16-17%;
-фотоэлементы из поликристаллического кремния: 14-15%;
-фотоэлементы из аморфного кремния: 8-9%.
Если Вы сделали свой выбор, то можно приступать к расчету параметров Вашей автономной солнечной электростанции. Под расчетом подразумевается определение номинальной мощности солнечных модулей, необходимого их количества, емкости аккумуляторных батарей, мощности инвертора и контроллера заряда-разряда АБ.
Расчет фотоэлектрической системы

Вкратце о принципе работы системы: солнечной батареей производится генерирование электрического тока в дневное время и с помощью контроллеров заряжается аккумуляторная батарея (АБ). Уровень заряда АБ контролируется автоматически. С помощью инвертора происходит преобразование постоянного напряжения аккумуляторной батареи в переменное 220В.
Расчет требуемых параметров и подбор необходимых компонентов следует начинать с предварительного составления списка всех предполагаемых нагрузок с указанием их мощности и среднего времени работы каждой из них в течение суток. Мощность каждого потребителя обычно указывается в паспорте изделия.
Затем рекомендуется сократить этот список за счет количества каждого из видов нагрузки, уменьшения количества особо энергоемких приборов, что позволит уменьшить как первоначальную стоимость Вашей энергосистемы, так и затраты на ее последующую эксплуатацию. Оставшиеся приборы желательно выбрать энергосберегающие (так, для освещения лучше применять светодиодные лампы). Люминесцентные лампы потребляют электроэнергии в 5 раз меньше, чем обычные лампы накаливания. Электробытовые приборы также рекомендуется приобретать, рассчитанные на постоянное напряжение. Что нам это даст?
-уменьшение энергопотерь в инверторе, доходящее до 10 процентов;
-исключение инвертора из схемы электроснабжения(при всех нагрузках постоянного тока) и, как следствие, экономия на его стоимости;
-повышение надежности всей системы (чем меньше звеньев в схеме, тем выше надежность);
-повышение безопасности системы, поскольку отсутствует переменный ток высокого напряжения 220В;
-исключение потерь энергии при двойном преобразовании напряжения, имеющее место при использовании адаптеров.
Ниже приведена таблица примерного энергопотребления и мощности наиболее распространенных электробытовых приборов:
 
Следующим шагом в расчете фотоэлектрической системы будет подсчет общего суточного энергопотребления системы. Мощность каждого из приборов умножается на количество аналогичных приборов (одного типа и мощности) и среднесуточное время работы данного прибора. Сумма полученных произведений в кВт. ч и есть суточное энергопотребление системы. Рассмотрим пример расчета энергопотребления. Пусть имеется телевизор с мощностью в 60Вт, работающий 3 часа в сутки, пять энергосберегающих ламп, мощностью 11Вт каждая, работающие по 3 часа в сутки и холодильник с суточным энергопотреблением 2400 Вт.ч.
60Вт х 3 часа + 11Вт х 5шт х 3 часа + 2400Вт.ч = 2745Вт.ч =2.7кВт.ч.
Месячное энергопотребление составит 82.4 кВТ.чРасчет необходимо производить отдельно для нагрузок, использующих постоянный ток, и отдельно для нагрузок переменного тока, поскольку нужно будет учитывать и потери в инверторе, составляющие 5-10%.
Затем необходимо рассчитать емкость и количество аккумуляторных батарей, выбрать тип батареи. Желательно использовать герметичные необслуживаемые свинцово-кислотные аккумуляторы, обладающие наибольшей эффективностью и более высокими электрическими характеристиками, а также большим сроком службы в сравнении с обычными батареями.. Термин «необслуживаемые» означает, что такие аккумуляторные батареи не требуют добавления электролита в процессе эксплуатации.
Также необходимо определить, какое количество энергии Вам необходимо получать от аккумуляторной батареи. Как правило, это определяется количеством дней в течение которых нагрузки будут работать от аккумулятора без его дополнительной подзарядки.
Необходимо также учитывать особенности работы именно данной системы электроснабжения (если Вы планируете посещать загородный дом только по выходным и праздничным дням, то аккумуляторную батарею целесообразнее устанавливать большей мощности, рассчитанной на подзарядку в течение недели). Если же у Вас комбинированная система электроснабжения, в которую уже входит дизель- или бензогенератор и Вы просто добавляете фотоэлектрические модули для увеличения мощности системы, то в этом случае можно выбрать аккумуляторную батарею меньшей, чем расчетная, емкости, поскольку подзарядить ее Вы сможете в любой момент.

После подсчета суточного энергопотребления системы необходимо определить емкость аккумуляторных батарей. Для этого подбирается номинальное напряжение блока аккумуляторных батарей и задается количество «пасмурных» дней (дней, в которые солнечная система будет работать только от аккумуляторов). Номинальное напряжение может составлять 12В, 24В, 48В и т.д., т. е. должно быть кратно 12В. Основными критериями выбора номинального напряжения блока АБ являются:
1)наличие электронагрузок постоянного тока;
2)общая мощность системы. Чем больше мощность системы, тем выше должно быть номинальное напряжение блока АБ. Для маломощных систем (меньше 1 кВт) возможно применение аккумуляторной батареи с номинальным напряжением 12В. Подбор аккумуляторных батарей в зависимости от общей мощности системы обеспечивает более эффективную работу инверторов и способствует уменьшению токов, протекающих через контроллер, инвертор и соединительные кабели.
Также следует учитывать тот факт, что срок службы аккумуляторной батареи напрямую зависит от глубины разряда, которая должна составлять не более 50-60% от емкости АБ. Количество энергии, накопленной в АБ, рассчитывается умножением емкости аккумуляторной батареи на ее номинальное напряжение.
Величина суточного энергопотребления, умноженная на количество, так называемых,«пасмурных» дней, как раз и должна составить эти 50-60% от емкости.
Например, количество «пасмурных» дней, т. е. дней без подзарядки от солнечных батарей, составляет 3 дня.
Полученную в нашем случае величину суточного энергопотребления 2.7кВт.ч умножаем на 3 и делим на 0.5.
2.7кВт.ч х 3 : 0.5 = 16.2кВт.час.
Это то количество энергии, которое должно быть в полностью заряженной аккумуляторной батарее.
Потери в аккумуляторной батарее при различных температурах учитываются с помощью специальных температурных коэффициентов. Этот коэффициент учитывает уменьшение емкости АБ при понижении температуры окружающей среды в помещении, где размещены аккумуляторные батареи.
 
Температурный коэффициент для аккумуляторной батареи
Температура в градусах коэффициент
Фаренгейта Цельсия 80F 26.7C 1.00
70F 21.2C 1.04
60F 15.6C 1.11
50F 10.0C 1.19
40F 4.4C 1.30
30F -1.1C 1.40
20F -6.7C 1.59
Умножив полученное значение на величину температурного коэффициента, мы получим значение требуемой емкости аккумуляторных батарей. Емкость аккумуляторных батарей выбирается из стандартного ряда емкостей, с округлением в большую сторону от расчетной. Чтобы было понятнее, расчетная емкость есть величина, полученная от деления суммарной мощности потребителей на произведение напряжения АБ и глубины разряда аккумулятора.
В нашем примере, суммарная мощность потребителей равна 2745Вт.ч., глубина разряда – 50%, а номинальное напряжение аккумуляторной батареи 12В. Расчетная емкость в нашем случае составит
2745/(12 х 0,5) = 457,5 А.ч. (при полностью автономной солнечной электростанции без учета дней работы без подзарядки).
Более точный расчет производится по формуле: Е = (Р*1000/12)*Т*1,2,
Где Е – емкость 12-ти вольтовых батарей, Р – среднее потребление в час, а Т – необходимое время автономной работы аккумулятора, 1.2 –коээфициент потери мощности.
Среднее потребление Р определяется либо путем подсчетов, либо из реальных показаний счетчика. Время автономной работы Т – 3 суток «пасмурных дней» (в нашем примере).
Среднее потребление составит при среднесуточном потреблении 2745Вт.ч. :Р = 2745Вт.ч./24 часа = 114,375Вт.ч.
Емкость батарей:
Е = (114, 375/12) х 72 часа х 1,2 = 823,5 А.ч.
Отсюда следует, что минимально необходимая емкость аккумуляторных батарей в нашем случае должна составлять 830 А.ч. Учитывая, что в реальности батареи не работают в расчетных идеальных условиях, следует подбирать аккумуляторы с запасом по емкости не менее 10-20 процентов. Т. е. емкость аккумуляторного блока в нашем примере должна быть 950-1000 А.ч. Количество параллельно соединенных аккумуляторов в автономной солнечной системе находим путем деления полученного значения емкости на емкость отдельно взятого аккумулятора.
Следующий этап – определение мощности инвертора. Мощность инвертора подбирается, исходя из суммарной мощности подключенных одновременно электроприборов плюс не менее 25% запаса мощности. При выборе инвертора необходимо помнить, что некоторые электробытовые приборы в момент пуска потребляют мощность, в несколько раз превышающую паспортную. Так, глубинные насосы в момент запуска потребляют мощность в 3-4 раза, а компрессорный холодильник в 12 раз большую, чем указано в паспорте. Инверторы выпускаются номинальным напряжением 150, 300, 500, 800, 1500, 2500, 5000 Вт.
Количество необходимых солнечных модулей зависит от размера площадки для размещения модулей, требуемого количества электроэнергии, а также стоимости. Прежде всего нужно определить суммарную мощность солнечных модулей из которых будет состоять Ваша солнечная электростанция. При расчете необходимо учитывать такие факторы, как:
-расположение Вашей солнечной электростанции;
-период использования (зима, лето или круглый год);
-погодные условия, характерные для данной местности;
-наличие деталей, заслоняющих солнечные модули от прямого попадания солнечных лучей (деревьев, строений и т. д.);
-возможность в конкретных условиях оптимальной ориентировки солнечных модулей (например, должным образом ориентированные и с максимально удобным наклоном скаты крыш в случае размещения модулей на крыше);
-возможность слежения за солнцем по одной или двум координатам.

Рассмотрим наиболее простой случай, когда у нас стационарная, ничем не загораживаемая система. Данные о количестве солнечной энергии в данной местности обычно можно получить на метеостанции, либо в компании, занимающейся поставкой и установкой солнечных батарей. Здесь важны две характеристики: среднегодовая солнечная инсоляция и инсоляция в наихудший по погодным условиям месяц года. Если фотоэлектрическую систему проектировать в соответствии со среднегодовыми значениями солнечной радиации, то электроснабжение от такой системы будет неравномерным: в некоторые месяцы электроэнергии у Вас будет больше, чем Вам необходимо, в другие – меньше. Если же в расчетах опираться на вторую цифру, то в этом случае Вы всегда сможете удовлетворить свои потребности в электроэнергии, кроме особо длительных периодов непогоды. Наихудшим в смысле солнечной инсоляции при круглогодичном использовании солнечной энергосистемы является в большинстве регионов декабрь месяц (малая продолжительность светового дня, низкая облачность и т. д.). Следует брать в расчет и тот факт, что значение инсоляции даже для одного и того же дня в году и одного и того же места может сильно различаться в зависимости от ориентации по отношению к солнцу площадки с солнечными модулями.
Поэтому при расчете количества солнечной энергии, необходимой для работы автономной солнечной электростанции, следует учитывать ориентировку воспринимающей лучистую энергию солнца площадки. Для расчета нужно брать значение инсоляции:
-для площадки, наклон которой равен широте местности, в тех случаях, когда необходима выработка максимально возможного количества электроэнергии в течение года в целом;
-для площадки, расположенной под углом к горизонту большим широты местности на 15 градусов, в тех случаях, когда система работает круглогодично с одинаковой нагрузкой (такая система нерентабельна из-за переизбытка электроэнергии в летний период);
-для площадки ориентированной оптимально: для летнего периода под углом к горизонту меньшим широты местности на 15 градусов, для зимнего – большим на те же 15 градусов.Для определения среднемесячных значений солнечной инсоляции можно воспользоваться таблицей поступления солнечной радиации для некоторых городов России.
Таблица поступления солнечной радиации, для некоторых городов России
Месячные и годовые суммы суммарной солнечной радиации, кВт*ч/м2 
Солнечная инсоляция изменяется в течение дня из-за относительного движения Солнца и в зависимости от облачности. Так, например, в полдень, в ясную солнечную погоду, количество солнечной энергии может достигать 1000 Вт/м2, а при облачности даже в полдень может опуститься до 100 Вт/м2 и ниже. Выработка электроэнергии солнечными фотоэлектрическими батареями зависит от угла падения солнечных лучей и максимальна, когда этот угол составляет 90 градусов, т. е. лучи падают строго перпендикулярно. Чем больше отклонение от угла 90 градусов, тем большее количество лучистой энергии отражается, а не поглощается солнечными модулями. Поэтому особенно важно правильно ориентировать поверхность солнечных модулей и установить нужный угол наклона.
При использовании автономной фотоэлектрической системы только в летнее время, необходимо использовать только значения для летних месяцев, аналогично – для зимы. Для обеспечения оптимального электроснабжения необходимо из среднемесячных значений, в течение которых предполагается использовать автономную солнечную электростанцию, выбирать наименьшие. Выбранное среднемесячное значение для наихудшего месяца (в нашем примере - это декабрь) нужно разделить на число дней месяца, чтобы получить среднемесячное число пиковых солнце-часов.
Например, для Москвы в декабре это значение составляет 12кВт.ч/м2 и, соответственно, 12 пикочасов. Количество пикочасов – это условное время работы солнечных модулей при значениях освещенности равных паспортным. Реальная же мощность солнечного модуля всегда меньше, чем паспортное значение мощности, поскольку реальные условия эксплуатации отличаются от условных.Так, например, реальная освещенность в течение дня ниже, чем паспортная освещенность (освещенность 1000Вт/м2, температура 25°С, спектр АМ1.5), из-за нагрева модуля излучением солнца, наклонного падения лучей при отсутствии системы слежения и т. д. Количество энергии, вырабатываемое солнечным модулем рассчитывается по формуле: W (кВт х час)= k P E/1000, где
Е (кВтхч/м2) – это среднемесячное значение инсоляции за выбранный период;
Р (Вт) – мощность модуля;
К – коэффициент потерь мощности в модуле, значение которого летом составляет 0,5, зимой – 0,7. Меньшие потери мощности зимой объясняются меньшим нагревом элементов.
Суммарная мощность модулей рассчитывается по формуле:
ΣР = 1000W/k E, где ΣР – суммарная мощность фотоэлектрических модулей.
Разделив полученное значение суммарной мощности на мощность выбранного Вами модуля, и округлив результат до целого большего числа, получим необходимое для системы количество модулей. Фотоэлементы заводского производства имеют номинальную мощность, выраженную в ваттах пиковой мощности (Втп). Эту характеристику Вы можете найти в спецификации изделия. Один пиковый ватт (Втп) – это значение мощности фотоэлектрической установки при определенных условиях (когда солнечное излучение в 1кВт/м2 падает на элемент при температуре поверхности 25 градусов). Такая инсоляция возможна при ясной погоде и Солнце в зените. Чтобы получить один пиковый ватт необходим фотоэлемент размерами 10х10 см. Существуют и более крупные модули 1м х 40 см, которые способны выработать 40-50 Втп. Реальная производительность обычно составляет около 6 Вт.ч в день и, соответственно, в 2000 Вт.ч в год на 1 Втп. Для наглядности, 5 ватт.час – это количество энергии, потребляемое 50-ваттной лампочкой в течение 6 минут.

При выборе типа фотоэлектрических модулей для Вашей системы решающим критерием, как правило, является стоимость одного ватта пиковой мощности, т. е. используя, например, модуль ценой 569 долларов с пиковой мощностью 120 Втп (4,74 доллара за 1 Втп), можно получить большее количество электроэнергии при одинаковых затратах, чем используя,скажем, модуль с пиковой мощностью 90 Втп и меньшей стоимостью 489 долларов, что составит 5,43 доллара за 1 Втп. Модули из кристаллического кремния, самые распространенные в настоящее время, производят в среднем 100-120 ватт на 1 м2. Таким образом, чтобы запитать всего одну 100-ваттную лампочку необходим фотоэлектрический модуль площадью 1 м2. Необходимость значительных пространств для размещения модулей является одной из проблем при строительстве солнечных энергосистем. Обычно модули располагают на крышах зданий, либо встраивают в фасадные стены, что позволяет экономить строительные материалы, а также делает модули современным элементом дизайна зданий.

Наибольшей эффективностью и надежностью обладают гибридные автономные системы, например, ветроэлектростанция плюс фотоэлектрическая система. Полностью автономные системы обладают более низкой производительностью, поскольку размер и количество модулей подбирается из расчета достаточного получения энергии в зимнее время, несмотря на неизбежное ее перепроизводство летом. Стандартная фотоэлектрическая система в Европе генерирует в среднем 200-550 кВт.ч/кВтп в год.
Гибридные системы имеют более высокий КПД, поскольку размеры фотоэлементов подбираются, исходя из требуемой нагрузки в летний период, а зимой и в пасмурную погоду дополнительное количество электроэнергии вырабатывается дизель- или бензогенераторами, либо ветроустановками. Среднегодовая производительность гибридной системы варьируется в пределах 500-1250 кВт.ч/кВтп. Подобная разница обуславливается различными значениями потерь в регуляторе заряда и аккумуляторе.
Наивысший КПД, как уже отмечалось, у фотоэлектрических систем, подключенных к сетям, так как фактически вся произведенная электроэнергия либо используется владельцем системы, либо поступает в сеть централизованного электроснабжения. Среднегодовая выработка у таких систем составляет приблизительно 800-1400 кВт·ч/кВтп.
Несмотря на развитие солнечных технологий солнечная энергия остается наиболее дорогим из альтернативных возобновляемых источников энергии. Средняя цена фотоэлементов около 5 долларов США за 1Втп. Производство электричества солнечными системами стоит около 0,5-1 доллар за 1кВт.ч, что дороже стоимости электроэнергии от других источников. Развитие солнечной энергетики в перспективе приведет к удешевлению солнечной энергии и фотоэлементов. В настоящее же время использование фотоэлектрических элементов для нужд автономного электроснабжения рентабельно лишь в удаленных от централизованного электроснабжения районах или при невозможности использования других автономных источников энергии по экологическим причинам (например, дизель-генераторов).
Наша компания может предложить Вам готовые комплекты фотоэлектрических систем разработанные для различных условий применения и различных исходных данных. Выбор готового комплекта является гарантией правильного подбора компонентов системы, облегчит Вашу задачу и сэкономит Ваши деньги, так как стоимость готового комплекта, как правило, ниже суммарной стоимости составляющих его элементов. Если же Вы хотите спроектировать и установить свою автономную фотоэлектрическую систему сами, то Вам понадобятся следующие элементы системы:
-контроллер заряда;
-инвертор;
-соединительные кабели;
-предохранители, разъемы и переключатели;
-инструменты, необходимые для сборки системы;
-измерители и индикаторы;
-резервный генератор.
Рассмотрим несколько примеров решений автономных энергосистем с солнечными батареями:
1.Автономная солнечная система для летнего дачного домика в Подмосковье.

Использование солнечных батарей в данном случае целесообразно, так как солнечная инсоляция в весенне-летний период наиболее высока, что является гарантией эффективности системы электрообеспечения. Несколько солнечных батарей сумарной мощностью от 500 до 1000Вт (в зависимости от финансовых возможностей) обеспечат работу в автономном режиме телевизора, холодильника и нескольких энергосберегающих ламп в летний период. Монтаж батарей следует производить на южный скат крыши под углом 30-60 градусов к горизонту (угол наклона в 60 градусов более пригоден для круглогодичной работы автономной системы, так как не дает скапливаться снегу и приспособлен к улавливанию излучения более низкого солнца). Под батареями следует предусмотреть пространство толщиной не менее 3-5 см для циркуляции воздуха, охлаждающего батареи естественным образом. Помимо солнечных батарей в систему войдут 4 акккумулятора по 190-220 А.ч и МАП (многофункциональный аккумуляторный преобразователь) мощностью от 2 до 4,5 кВт с солнечным контроллером. Дополнительное оборудование можно разместить на чердаке.


Возникает закономерный вопрос: зачем нужен МАП такой большой мощности, если мощность солнечных батарей 500 Вт?

Во-первых, в условиях Подмосковья, батареи мощностью 500Вт будут выдавать эту мощность в среднем в течении 5,5 часов каждый день (в расчетах учтены пасмурные дни). Следовательно, брать с аккумуляторов можно приблизительно такую же мощность за то же время (меньше на величину потерь мощности), или 1кВт в течении 2,5 часов, или 2,5 кВт в течении часа, или 5 кВт в течение получаса, поскольку накопленная в аккумуляторе энергия может сниматься с них в более короткие промежутки времени, но большими мощностями. А если снимать по 250 Вт в час, то мощности хватит и на 10 часов автономной работы. Обычно, в реальных условиях, энергия, накопленная в аккумуляторах, покрывает потребности пользователя с избытком, за исключением длительных периодов непогоды, когда мощность солнечных батарей падает почти в 3 раза. На случай ненастных дней, длящихся более недели, желательно предусмотреть резервный источник энергии (бензо- или дизельгенератор.
Во-вторых, столь большая мощность инвертора (МАПа) необходима при наличии таких электроприборов, как насосы, компрессорные холодильники, кондиционеры, микроволновки и т.п., пусковые токи которых могут в несколько раз превышать их номинальные значения.
Ниже приведен расчет мощности солнечных батарей, необходимый для заряда аккумуляторной батареи через МАП с контроллером.
Как уже отмечалось, в условиях Подмосковья солнечная батарея в весенне-летний период выдает свою мощность (паспортную) в течении 5,5 часов в день (с учетом пасмурных дней). В нашем примере суточный приход энергии составит 5,5 х 500 = 2,75 кВт.ч/сутки. Затем необходимо вычесть потери энергии в АБ (КПД 85%), МАПе (КПД 90%), а также потери на холостой ход МАПа.
2,75 х 0,85 х0,9 – 0,01 х 16 = 2кВт.ч/сутки.
Небольшой холодильник СВИЯГА 410 потребляет 500 Вт.ч/сутки (паспортные данные), 14-ти дюймовый цветной телевизор – 90 Вт.ч х 6 часов = 540 Вт.ч/сутки (6 – условное количество часов просмотра телепередач в сутки). Две тридцативаттные люминесцентные лампы, включаемые на 6 часов в сутки расходуют 30 х2 х6 = 360 Вт.ч/сутки. Итого: 500 + 540 + 360 = 1,4 кВт.ч/сутки, что меньше 2 кВт.ч/сутки. Это означает, что в данном случае возможно применение менее мощных солнечных батарей (350 Вт), либо подключение и других нагрузок – более мощного холодильника, насоса и др.
Запас мощности солнечных батарей не повредит и в весенне-осенний период, когда велико число пасмурных дней. Чтобы обеспечить бесперебойную работу в пасмурные дни (не более пяти дней подряд), необходимо соответствующее количество аккумуляторов. Для солнечных батарей общей мощностью 500 Вт суммарная емкость аккумуляторов должна составлять 800 А.ч. Только МАП мощностью более 3 кВт способен заряжать такое количество аккумуляторов от сети, а от солнечных батарей их позволит зарядить любой солнечный контроллер МАПа. Главное, соблюсти максимальный ток заряда в соответствии с мощностью батарей, что обеспечит любой стандартный контроллер (30А).
Солнечный модуль рассчитан на подключение к аккумулятору с номинальным напряжением 12 В, но при четном их количестве модули можно подключать к АБ номинальной мощностью 24 или 48 В (соответственно, МАП тоже должен быть рассчитан на такое же номинальное напряжение). Важно отметить, что при 24 или 48 В , солнечный контроллер на ток в 30 А, позволит подключить большую мощность солнечных батарей (24 х 30 = 680 Вт, а 48 х 30 = 1440 Вт). Если в перспективе увеличение мощности солнечных батарей, то лучше сразу заказать МАП и солнечный контроллер на 24 В или заказать солнечный контроллер, рассчитанный на больший ток (для возможности подключения мощных солнечных батарей).
2. Солнечная электростанция для небольшого загородного дома.

Необходимо обеспечить автономную работу             энергосберегающих ламп, электроинструмента, электробытовых приборов.
Состав автономной солнечной электростанции:
-солнечная батарея 160 Вт – 1 шт;
-контроллер заряда с ТММ – 1 шт;
-устройство слежения за солнцем (трекер) – 1 шт;
- АБ 100А.ч./12В - 2шт;
-инвертор 1000 ВА – 1шт.
Суммарная нагрузка подключаемых одновременно электронагрузок не должна быть больше 750 Вт. Контроллер заряда с ТММ повышает КПД батареи на 25-30%. Наличие трекера повышает выработку энергии солнечной батареей до 70% в летний период (в московской области). Если загородный дом предполагается посещать лишь на выходные, то количество солнечных батарей можно уменьшить и установить аккумуляторные батареи большей емкости для их подзарядки в течение недели.
Если к системе добавить 2 аккумуляторные батареи 100А.ч. и инвертор мощностью 2000 ВА, то можно будет подключить холодильник.
3. Более мощная солнечная электростанция для коттеджа. Позволяет запитывать домашние электроприборы (за исключением электроплит и электрических отопительных приборов), холодильник, электроинструмент, энергосберегающие лампы при круглогодичном проживании.
Состоит из 16-ти солнечных батарей мощностью 160 Вт, контроллера МС-60, 12-ти аккумуляторных батарей100 А.ч./12 В, инвертора , шкафа для оборудования, крепежного каркаса для солнечных батарей.
Суммарная нагрузка одновременно подключаемых потребителей не должна превышать 5000 Вт (в зависимости от мощности инвертора).
Наша компания осуществляет профессиональный подход к организации автономного электроснабжения,предлагает Вашему вниманию как готовые фотоэлектрические системы, так и разрабатывает индивидуальные проекты применительно к конкретным условиям эксплуатации и запросам заказчика, используя самые инновационные разработки в области солнечной энергетики. Мы можем вам предложить любые компоненты фотоэлектрических систем: моно- и поликристаллические модули мощностью от 1 до 260 Вт, фотоэлектрические преобразователи любых размеров и конфигурации,а также различные дополнительные устройства – источники питания, солнечные зарядные устройства, системы слежения и т. д. Мы осуществляем монтаж автономных солнечных систем под ключ как для бытовых, так и объектов малого и среднего бизнеса.

Приложенные файлы

  • docx 686493
    Размер файла: 672 kB Загрузок: 0

Добавить комментарий