В наше современное время активно развиваются разные технологии, которые обеспечивают максимальный комфорт в человеческой деятельности. В частности, стоит отметить, что полным ходом идут разработки альтернативных источников энергии. Яркий тому пример – солнечные батареи, которые теперь можно установить на крыше собственного жилища. Причем приобрести их может любой желающий. Это особенно актуально в тех случаях, когда дом располагается в отдалении от ЛЭП. Но чтобы ощутить всю пользу и выгоду такого решения, необходим правильный расчет солнечных батарей.
Общие сведения
Фотоэлектрический эффект – это физическое явление, которое было открыто еще в 1887 году и стало основой разработки солнечных панелей для получения электроэнергии. Под воздействием света (фотонов) либо любого другого электромагнитного излучения энергия этих частичек передается электронам вещества. Иными словами, можно с помощью солнца получать электричество.
После открытия данного физического явления возникла необходимость в его контроле. С этой целью были созданы фотоэлементы – специальные электронные приспособления компактного размера. Они включают в себя полупроводниковые материалы.
В условиях промышленного производства стало возможным объединение микроскопических преобразователей в массивные и эффективные панели. Многие современные предприятия выпускают кремниевые модульные конструкции в большом объеме. Их КПД составляет порядка 18-22%.
Солнечная батарея включает несколько подобных модулей, через которые фотоны солнечного света поступают в электрическую цепь в виде постоянного тока. Далее они поступают в аккумулирующие устройства либо преобразуются в заряд переменного тока (220 Вольт). Полученная электрическая энергия позволяет функционировать домашним приборам.
Особенности расчета солнечных батарей для дома
Данная операция сводится, прежде всего, к определению их мощности. А для этого необходимо знать, какая энергетическая нагрузка будет ложиться на всю конструкцию. Иными словами, сколько киловатт энергии будет потребляться ежемесячно.
Показания эти можно определить, руководствуясь наблюдением за электрическим счетчиком. И если значение находится в пределах 100 кВт, то и панели следует приобретать именно те, которые способны генерировать такое количество энергии.
Также стоит учитывать, что работа солнечных батарей в полноценном режиме возможна лишь при дневном свете. Полноценная выдача будет только в том случае, когда небо чистое. При изменении угла падения солнечных лучей, а также появлении на горизонте тучек мощность снизится на 20%. То же самое будет происходить и в пасмурную погоду. Обо всем этом не стоит забывать.
То есть в процессе расчета солнечных батарей для частного дома следует брать тот период времени, когда они работают в полную силу. Как правило, это 7 часов – период с 9 утра до 16 часов дня. При этом в летний сезон панели могут работать от рассвета до заката. Но в ранее время процент работоспособности будет лишь в районе 20-30 %. В указанные выше часы можно получить остальные 70 %.
Мощность
Как мы уже поняли, основополагающий фактор, который следует учитывать при расчете солнечных панелей, это энергетическая нагрузка. Ведь производительность батарей во многом зависит от количества электроэнергии, требуемой для обеспечения дома:
- Создание полноценной станции требует использования мощных панелей – от 150 до 250 Вт.
- Для поддержания работоспособности лишь дачного освещения можно обойтись маломощными батареями – не более 50 Вт, чего вполне хватит.
Как же провести подобные расчеты?
Базовое энергопотребление
До того как проводить расчет солнечной батареи и аккумулятора, необходимо определить общую мощность всех используемых потребителей электрического тока. С этой целью энергопотребление каждой единицы (приборы, лампочки и т. д.) помножить на количество часов ее использования в течение дня.
После этого следует сложить все полученные данные. В итоге получится норма потребления электроэнергии за день (в киловатт-часах). Именно столько должны вырабатывать солнечные панели, причем это минимальное значение. От этих данных будут зависеть последующие расчеты касательно количество панелей, их стоимости и прочих параметров.
Однако вся система состоит не только из солнечных панелей, сюда включены и другие составляющие:
- инверторы;
- аккумуляторы;
- зарядные контроллеры.
При расчете мощности солнечных батарей для дома это также не стоит скидывать со счетов! В аккумуляторах наблюдается понижение энергии – до 20 %. В связи с этим при дальнейших расчетах полученное базовое значение необходимо увеличить на эту величину.
Потребители электроэнергии
В каждом доме можно встретить некоторое количество самых необходимых приборов. Всегда в определенные часы будет работать следующая техника:
- холодильник;
- телевизор;
- компьютер;
- стиральная машина;
- бойлер;
- утюг;
- микроволновая печь (однако она есть далеко не у всех).
Также есть и прочие приборы, в отсутствии которых жизнь теряет нужный уровень комфорта. Кроме того, на территории частной недвижимости каждый день загорается определенное количество лампочек, которое может доходить до сотни.
В таблице ниже приведена мощность электрических приборов, которые используются чаще всего.
| Бытовой прибор | Показатель мощности (Вт) | Примерная продолжительность работы в течение одного дня (часы) | Суточное потребление (кВт*ч) |
| Микроволновка | 500 | 2 | 3 |
| Телевизор | 150 | 5 | 0,8 |
| Стиральная машинка | 500 | 6 | 3 |
| Холодильник | 500 | 3 | 1,5 |
| Лампочки | 200 | Около 10 | 2 |
| Утюг | 1500 | 1 | 1,5 |
| Ноутбук | 100 | 5 | 0,5 |
| Бойлер на 150 литров | 1,2 | 5 | 6 |
| Контроллер | 5 | 24 | 0,1 |
| Инвертор | 20 | 24 | 0,5 |
С этой таблицей удобно провести несложный математический расчет солнечных батарей. На данном конкретном примере значение суточного потребления составляет 18,9 кВт⋅ч. Только это без учета того, чем мы обычно пользуемся не каждый день – электрический чайник, фен, насос, кухонный комбайн и т. д. Таким образом, в среднем может получиться до 25 кВт⋅ч (не менее).
Важный момент – инсоляция
Перед тем как начать подсчет количества солнечных панелей, следует учитывать и такое понятие, как инсоляция. Грубо говоря, под этим термином следует понимать количество энергии солнечного света, падающее на единицу площади. Это очень важный параметр, без которого невозможно определить, сколько именно панелей следует приобретать.
Ведь даже если солнечного света будет недостаточно, то какой бы производительной ни была бы батарея, она не сможет выдать необходимую мощность. Следовательно, нужно понимать всю важность этого параметра при расчете солнечных батарей. Ведь от этого будет зависеть требуемый уровень энергоснабжения.
Конечно, данный параметр сугубо индивидуален для каждого конкретно взятого региона территории страны. Получить эти необходимые сведения можно двумя путями:
- специализированные справочники;
- электронные ресурсы метеорологической направленности.
Как можно понять, максимальное значение инсоляции будет приходиться на летний период. Минимальные же значения – преимущественно в холодные месяцы.
Количество батарей
Теперь можно заняться подсчетом количества панелей. Для этого найденное значение базового потребления электрической энергии за сутки нужно поделить на данные инсоляции требуемого месяца.
При этом важно понимать, что подсчет необходимо проводить помесячно, поскольку данные могут варьироваться в разной и порой существенной степени. Теперь остается полученное значение в результате расчета количества солнечных батарей еще раз поделить, только уже на параметр мощности выбранной панели. Данная характеристика указывается в паспорте. Если в результате получается дробное число, оно округляется до целого значения и лишь в большую сторону. Это и будет окончательным результатом.
Разумеется, чем большая производительность у панели, тем меньшее их количество придется брать. А тут уже все главным образом зависит от размеров семейного бюджета и площади крыши. В то же время необходимо учитывать и период работы всей системы. Ведь при снижении инсоляции солнечных панелей потребуется больше, нежели при условиях нормы.
Рациональный расход
Задумываясь над расчетом солнечных батарей, стоит уделить внимание освещенности. А ведь как уже было ранее подмечено, количество ламп на территории частного дома может быть большим – 100 или более того. По этой причине стоит обратить внимание на энергосберегающие лампочки. В результате можно обеспечить значительную экономию в плане энергопотребления.
Ко всему прочему следует приобретать бытовую технику не ниже класса A и даже A+, A++, A+++. В конечном счете, такая мера позволит заметно сократить расходы, которые пойдут на покупку солнечных панелей. К тому же большинство современных приборов как раз рассчитано на потребление 12 В.
А именно столько и способны выдавать фотопанели, без использования дополнительных устройств для преобразования постоянного тока в переменное напряжение.
Математический пример
В расчете количества солнечных батарей для дома следует учитывать, в какой сезон года вся система будет работать в полном режиме. И опять-таки здесь все обусловлено инсоляцией. В зависимости от месяца может потребоваться разное количество фотопанелей.
Для более ясного понимания стоит привести конкретный пример:
- К примеру, суточное потребление электроэнергии в доме составит 15 кВт*час.
- Параметр инсоляции – 3 кВт*час/м2.
- Мощность одной панели составляет 300 Вт или 0,3 кВт.
Расчет необходимого количества батарей (обозначим буквой N): N=15/3/0,3=16,6. Округлив полученное значение до целого числа в большую сторону, получаем результат – 17 панелей.
Однако зимой инсоляция существенно понижается и может составить 1 кВт*час/м2. В этом случае батарей понадобится значительно больше – до 50.
Ряд нюансов
С одной стороны, отказ о зависимости центрального электроснабжения подразумевает определенные плюсы. Но есть и обратная сторона медали – такая мера таит в себе некоторые нюансы, которые не следует скидывать со счетов. И прежде всего необходимо понимать, что солнце не будет светить круглые месяцы, без «перерыва» – ведь светилу тоже нужен «отдых».
По этой причине в ходе расчетов солнечных батарей следует свериться с архивом погодных условий в регионе проживания с целью определения количества пасмурных суток. Можно заметить, что как минимум 7 дней в одном месяце – это период неблагоприятной погоды. В это время солнечные панели не смогу давать необходимое количество электрической энергии.
Ко всему прочему, необходимо не забывать о сокращении дня осеню и весной. Соответственно количество облачных дней увеличивается. В связи с этим для получения солнечной энергии с марта по октябрь, следует увеличить массив панелей до 50 % в зависимости от региона проживания.
