Солнечная электростанция для дома

Расчет солнечной электростанции для дома

Вопрос получения электроэнергии альтернативными способами достаточно актуален в наше время. Одним из вариантов обеспечения электроснабжения дома является установка солнечной электростанции. Такой вариант может использоваться в качестве дополнительного альтернативного источника электричества либо в качестве основного, если стоит задача электроснабжения дома при отсутствии возможности подключения к электрическим сетям, например, по причине их удаленности.

Первый этап реализации данной идеи – это расчет будущей солнечной электростанции. В данной статье приведем рекомендации, которые помогут правильно рассчитать требуемую мощность будущей солнечной электростанции и правильно оценить возможность реализации данной идеи в зависимости от различных факторов.

Исходные данные

Прежде всего, необходимо определиться, какие задачи должна выполнить будущая электростанция. Самый важный вопрос – это наличие централизованного электроснабжения и его надежность.

Первый вариант

Дом подключен к электрическим сетям, но электроснабжение ненадежное и существует проблема частого отключения электричества. В данном случае необходимо определиться, какие задачи должна выполнять домашняя солнечная электростанция.

Если перерывы в электроснабжении непродолжительные, то задача альтернативного источника электроэнергии – обеспечить питание наиболее важных электроприборов.

Необходимо проанализировать какие электроприборы будут эксплуатироваться в период отключения электричества, и записать их мощность и время работы для проведения дальнейших расчетов.

Второй вариант

Те же исходные данные, что и в первом варианте, но перерывы в электроснабжении продолжительные и требуется реализовать резервный источник электроснабжения, питающий все необходимые бытовые электроприборы, которые ежедневно эксплуатируются в доме. Также записываем мощность и продолжительность работы электроприборов.

Третий вариант

Дом не имеет подключения к электрическим сетям и возможность подключения по той или иной причине отсутствует. В данном случае солнечная электростанция будет выступать в роли основного источника электроснабжения дома.

Если вопрос электроснабжения дома решается впервые, то необходимо продумать, какие электроприборы планируется эксплуатировать в доме и выбрать их мощность, руководствуясь принципом экономии, то есть выбирать минимальную мощность, так как стоимость солнечной электростанции напрямую зависит от ее мощности.

Реализация идеи солнечной электростанции достаточно затратная, поэтому необходимо очень ответственно подойти к вопросу расчета будущих нагрузок и продумать все возможные варианты.

Расчет нагрузок электроприборов

При расчете нагрузок электроприборов необходимо отдельно рассматривать каждый из электроприборов, анализируя все возможные нюансы его эксплуатации.

Сразу необходимо отсеять все электроприборы, функции которых можно реализовать другим способом, без использования электроэнергии.

Перечислим электроприборы, которые нецелесообразно запитывать от солнечной электростанции и соответствующую им альтернативную замену:

• электропечь, электрочайник, электрические обогреватели. Если в доме для приготовления пищи используется электропечь, то на случай отключения электричества можно построить твердотопливную печь, на которой можно будет готовить пищу, греть воду, а также эксплуатировать ее для обогрева дома. В качестве запасного варианта можно приобрести газовую плитку с баллоном;

• электрический водонагреватель. Альтернативный вариант – солнечный водонагреватель либо реализация подогрева воды от печи; — колодезный водяной насос. На случай отключений электричества должна быть предусмотрена возможность ручного забора воды из колодца. В случае отсутствия подключения к электросетям для удобства повседневной эксплуатации можно включить насос в перечень нагрузок, которые будут питаться от будущей электростанции;

• крупорушка, мельница и другие приспособления, используемые при ведении хозяйства в доме. В данном случае можно отдать предпочтение ручным приспособлениям.

Отдельно следует сказать об освещении дома. При наличии централизованного электроснабжения для повседневной эксплуатации выбирается любой тип ламп, исходя из личных предпочтений. А для автономного электроснабжения необходимо отдать предпочтение наиболее экономичным типам ламп из имеющегося ассортимента – то есть светодиодным. Необходимо выбрать оптимальное количество ламп и их мощность, чтобы обеспечить желаемый уровень освещенности в том или ином месте.

В доме есть электроприборы и устройства, которые имеют большую мощность, но эксплуатируются редко. Учитывать мощность данных электроприборов при проектировании солнечной электростанции нецелесообразно, так как стоимость электростанции значительно увеличится, а в основном данная мощность не будет использована. К таким приборам можно отнести сварочный аппарат, электрифицированный инструмент (углошлифовальная машина, перфоратор, обрабатывающие станки и т.д.).

В случае отсутствия централизованного электроснабжения для эксплуатации таких электроприборов целесообразнее приобрести дизельный (бензиновый) генератор. Наличие в доме генератора дает преимущество в том, что если солнечные панели не зарядили аккумуляторную батарею, то пополнить нехватку заряда можно посредством включения генератора.

Для большей эффективности, надежности и нагрузочной способности автономное электроснабжение дома целесообразнее реализовать с применением двух альтернативных источников – солнечных панелей и ветрогенераторов.

Ветрогенераторы или солнечные батареи, что лучше выбрать?

Наличие ветрогенераторов позволяет увеличить суммарную мощность автономного электроснабжения и, возможно все электроприборы, в том числе и мощные можно будет эксплуатировать без необходимости применения генератора. В любом случае необходимо рассматривать вариант комбинирования двух источников альтернативной электроэнергии, не отдавая предпочтение лишь одному из вариантов.

Подробный пример расчета общего потребления электроэнергии и подбора оборудования для домашней солнченой электростанции смотрите в статьях Бориса Цупило:

Пример расчета солнечных батарей для дома

Выбор инвертора и расчет аккумуляторной батареи

Инвертор: синусоида или модифицированная синусоида?

Как выбрать контроллер заряда солнечной батареи

Схема подключения солнечных батарей

Монтаж, подключение солнечных батарей и установка их на кровле

Расчет требуемой мощности электростанции

Второй важный параметр – нагрузочная способность электростанции, то есть максимальная величина мощности, которую может выдавать солнечная электростанция.

При расчете нагрузок электроприборов необходимо проанализировать, какие электроприборы будут работать одновременно, и какая максимальная мощность потребуется для их питания в пики нагрузки. При этом желательно продумать эксплуатацию электроприборов таким образом, чтобы не было резких перепадов нагрузок.

Также необходимо учитывать особенности работы некоторых электроприборов. Например, нужно учесть пусковые токи компрессора холодильника и электродвигателей различных электроприборов.

Лимит выдаваемой мощности электростанцией ограничивает инвертор – устройство, которое осуществляет преобразование постоянного тока аккумуляторной батареи в переменный ток бытовой сети 220 В.

Рассчитывая мощность инвертора, следует учитывать также характеристики аккумуляторной батареи, которая накапливает электроэнергию, вырабатываемую солнечными панелями. В данном случае идет речь о максимально допустимых токах разряда аккумуляторной батареи.

Для защиты инвертора солнечной электростанции от сверхтоков, в частности перегрузки используется автоматический выключатель. Для контроля и ограничения нагрузок можно использовать реле приоритета нагрузок. Бытовые электроприборы разделяются на несколько групп по степени важности (приоритету), устанавливается нагрузочный лимит.

В процессе эксплуатации электроприборов реле приоритета нагрузок будет контролировать значение нагрузки в реальном времени, и в случае превышения установленного лимита будет отключать часть нагрузки с меньшим приоритетом, предотвратив отключение автоматического выключателя и соответственно обесточивание наиболее важных электроприборов.

Расчет мощности солнечных панелей

Солнечная электростанция вырабатывает электрическую энергию только в светлое время суток, при наличии достаточного светового потока. Солнечные панели должны иметь такую мощность, чтобы они смогли накопить в аккумуляторных батареях такое количество электрической энергии, которое обеспечит питание всех бытовых электроприборов в течение суток.

Существуют справочники уровня солнечной радиации и солнечной инсоляции для каждого региона – обычно такие данные предоставляют реализаторы солнечных панелей. Уровень солнечной радиации показывает примерное количество генерируемой электроэнергии солнечными панелями в разное время года. Показатель солнечной инсоляции позволяет учесть возможные ухудшения погодных условий и получить более точное значение вырабатываемой мощности солнечными элементами.

Необходимо учитывать, что справочные данные являются ориентировочными и не всегда соответствуют фактическим характеристикам работы солнечных панелей.

При построении домашней солнечной электростанции необходимо предусматривать возможность увеличения ее мощности в будущем посредством подключения дополнительных солнечных панелей и аккумуляторов для накапливания генерируемой электроэнергии.

Как и упоминалось выше, необходимо проанализировать актуальность применения другого источника альтернативной электроэнергии для того, чтобы обеспечить достаточный запас мощности автономного электроснабжения дома с учетом всех возможных факторов.

Исходя из мощности солнечных панелей, выбирается контроллер, посредством которого осуществляется отдача генерируемой электроэнергии в аккумуляторную батарею.

Очень важным критерием является наличие средств на реализацию автономного источника электроснабжения дома. Поэтому при выборе тех или иных элементов необходимо корректировать свой выбор исходя из имеющегося бюджета.

>Как рассчитать солнечную электростанцию и выбрать оборудование для нее?

Как рассчитать солнечную электростанцию и выбрать оборудование для нее

Расчет небольших солнечных электростанций можно сделать достаточно просто вооружившись листом бумаги и ручкой. В этой статье мы расскажем основные принципы подбора оборудования для бытовых солнечных электростанций.

ВАЖНО: комплектация солнечной системы никак не связана с площадью дома. Она зависит только от мощности подключаемого оборудования и количества потребляемой энергии.

Основными элементами солнечной электростанции являются:

· Солнечные панели – они генерируют электроэнергию, и чем они мощнее и их больше, тем больше электроэнергии можно получить в течении дня.

· Аккумуляторные батареи – в них происходит накопление элеткроэнергии, которую можно использовать в отсутствии солнца (ночью), когда выработки электричества на солнечных панелях нет.

· Контроллер заряда аккумулятора – это устройство, которое позволяет обеспечить правильные режимы заряда аккумулятора. Выбор этого устройства, как правило, чисто технический момент за исключением выбора типа контроллера MPPT или ШИМ. Иногда контроллер заряда может быть встроен в инвертор.

· Инвертор преобразователь напряжения – это устройство преобразует постоянный ток на аккумуляторах в переменный 220В, который используется во всех бытовых электроприборах. Мощность инвертора ограничивает максимальную мощность электропотребителей, которые могут быть подключены к системе.

Теперь подробно остановимся на каждом из этих элементов системы, для того, чтобы понять, какое именно оборудование и в каком количестве, нам потребуется.

Как выбрать инвертор – преобразователь напряжения

Подбор оборудования для системы начинается с выбора инвертора. Все инверторы делятся на 2 группы по форме выходного сигнала – чистый синус (форма сигнала в виде синусоиды) и модифицированный синус (форма сигнала в виде ступенек или трапеций). Если к системе будет подключаться любая индуктивная нагрузка: двигатели , компрессоры и т.д. то инвертор должен быть обязательно с чистым синусом на выходе. Т.е. если вы планируете подключать холодильник, насос, электроинструмент и т.д. то инвертор должен на выходе выдавать чистую синусоиду.

Если же подключаемая нагрузка это телевизоры, зарядные устройства, освещение и т.д. то модифицированный синус вполне подойдет.

Таким образом чистый синус имеет более широкую область применения, но и цена у него существенно дороже чем у инверторов с модифицированным синусом.

Итак, мы определили тип инвертора, который нам нужен, далее нужно определить его номинальную мощность. Для того, чтобы это сделать, нужно просуммировать мощность всех электроприборов которые могут быть включены одновременно. Мощность каждого прибора можно найти в инструкции или на самом устройстве. Например: холодильник (300Вт) + телевизор (70Вт) + насос (400Вт) + микроволновка (1000Вт) = 300Вт+70Вт+400Вт+1000Вт = 1770Вт. Соответственно в данном случае инвертор должен иметь номинальную мощность более 1770Вт. Кроме того важно понимать, что у некоторых приборов существуют пусковые токи, которые кратковременно появляются при запуске оборудования. Эти пусковые токи могут быть в 5-7 раз больше чем номинальные. Это важно учитывать при выборе инвертора. Благо у каждого инвертора есть запас прочности – пиковая нагрузка и зачастую эта характеристика в 2 раза больше номинальной мощности. Поэтому в данном примере инвертора номинальной мощностью 2000Вт хватит для обеспечения питанием указанных приборов, даже с учетом того, что у холодильника в момент пуска мощность может быть 300Вт*7=2100Вт.

Как рассчитать солнечные панели

Следующий вопрос — как рассчитать сколько солнечных батарей нужно установить, чтобы их было достаточно для обеспечения нужным количеством электроэнергии.

Прежде чем ответить на этот вопрос, давайте выясним, сколько же электроэнергии мы потребляем. Это можно сделать умножив мощность электроприборов на время их работы, например: лампочка мощностью 50Вт работая в течении 3х часов, израсходует 50вт*3ч=150Вт*ч электроэнергии. Таким образом, можно посчитать полное электропотребление за сутки, но есть и более простой способ – посмотреть показания электросчетчика за месяц и разделить на количество дней в месяце. К примеру: счетчик за месяц (30 дней) накрутил 150кВт*ч электроэнергии. В среднем за сутки получается 5кВт*ч электроэнергии. Это значит, что массив солнечных панелей должен за солнечный день успеть сгенерировать такое же количество электроэнергии.

Солнечные панели бывают различного размера и мощности, и в каждом конкретном случае бывает удобнее использовать панели определенного размера, но, как правило, для средних и больших систем используются панели 250-300Вт, поскольку они наиболее оптимальны с точки зрения монтажа. Мощность панели это как раз то количество электроэнергии, которая она вырабатывает при полной освещенности. Т.е. если на солнечную панель 250Вт в течении 3х часов под прямым углом будет светить солнце, то она выработает 250Вт*3ч=750Вт*ч электроэнергии. Конечно в течении дня может быть достаточно облачно и мало света, поэтому та же самая панель при облачной погоде может вырабатывать в 3-4 раза меньше электроэнергии чем в солнечную погоду. Таким образом для грубой оценки такой подход в расчетах может подойти. Например если нужна система, которая летом должна вырабатывать 5кВт*ч электроэнергии в день, при условии, что в среднем в течении 4х часов на панель будет светить солнце (4ч*250Вт=1000Вт), то нам понадобится не менее 5 таких панелей.

Для более точного расчета необходимо использовать так называемые таблицы солнечной инсоляции, в которых указаны средние значения солнечной освещенности на 1 кв.м. за сутки в разных регионах нашей страны. К примеру в Астрахани в июне на поверхность наклоненную на 35градусов к горизонту за месяц проникает 197.7 кВт*ч энергии. За сутки в среднем получится около 6.6кВт*ч энергии. Конечно, не вся эта энергия будет преобразована в электрическую. У каждого модуля есть КПД (коэффициент полезного действия, не путать с КПД ФЭПа), в среднем это 16.5-17%. Это значит что нужно 6.6 кВт*ч умножить на 17%, в результате чего получим 1.12кВт*ч в сутки с одного квадратного метра солнечных панелей. Зная нужное нам количество энергии в сутки, к примеру 5кВт*ч, мы можем определить нужную нам площадь солнечных панелей – 5кВт*ч/1.12кВт*ч=4.46м.кв. Солнечный модуль 250Вт имеет размеры 1650х990мм и площадь равную 1.64м.кв.. Таким образом 3х модулей по 250Вт будет достаточно для генерации 5кВт*ч электроэнергии в сутки на территории Астрахани в июне.

По такому принципу делаются профессиональные расчеты систем, поскольку нет более точных данных по работе солнечных панелей, чем статистические.

Сколько нужно аккумуляторов

Количество энергии которое может быть запасено в аккумуляторной батарее можно оценить по формуле «емкость умножить на номинальное напряжение». Например аккумулятор емкостью 100Ач и напряжением 12В, может запасти в себе 100Ач*12В=1200Вт*ч электроэнергии.

Зная, сколько энергии у нас расходуется в сутки, мы можем определить какая часть этой энергии расходуется из аккумуляторов в отсутствии солнца. Но поскольку срок службы аккумуляторов на прямую зависит от глубины его разряда, и не рекомендуется разряжать аккумуляторы ниже 50%, мы рекомендуем делать расчет аккумуляторов исходя из суточного потребления, например в сутки потребляется 5кВт*ч, это 5000Вт*ч. Разделив потребление на 12В, получим требуемую емкость банка аккумуляторов 5000Вт*ч/12В=416Ач. Т.е. 4 аккумулятора по 100Ач гарантированно не разрядятся полностью в течении дня, что позволит увеличить срок их службы, а также обеспечат необходимым количеством электроэнергии в отсутствии солнца – ночью.

Как выбрать контроллер заряда аккумулятора и что это такое можно прочитать по адресу: http://oporasolar.ru/articles/11066-kontrollery-zaryada . В этой статье мы не будем останавливаться на данном этапе.

Зима-Лето

Зимой солнца сильно меньше чем летом, поэтому если вы хотите полностью автономную систему, то все расчеты необходимо делать основываюсь на минимальных значениях солнечной инсоляции, которые, как правило наблюдаются в декабре-январе. Так вы гарантированно обеспечите себе автономное питание в течении года. К примеру в той же Астрахани, значение солнечной инсоляции в декабре в 4 раза меньше чем в июне, поэтому для автономной работы системы зимой, потребуется в 4 раза больше солнечных панелей.

Наличие внешней сети или генератора

Если у вас есть возможность подключиться к сети или генератору, то это позволит не покупать большое количество солнечных панелей, для обеспечения питанием в зимнее время. При длительном отсутствии солнца можно включить сеть или генератор для зарядки аккумуляторов не небольшой период времени до полной зарядки, и продолжать получать энергию от солнца.

На сегодняшний день есть большое количество инверторов со встроенным зарядным устройством аккумуляторов, вплоть до автоматического переключения на питание от сети в случае сильного разряда аккумуляторных батарей. Такие инверторы наиболее удобны в использовании и достаточно просты в подключении.

Таким образом, мы разобрались как можно сделать расчет солнечной электростанции, а если у вас остались вопросы вы можете позвонить нам и мы поможем вам разобраться!