Определение кпд солнечной батареи: КПД солнечной батареи – что это?

КПД солнечной батареи – что это?

Всем прекрасно известно, что чем больше коэффициент полезного действия, тем лучше. Это правило распространяется и на КПД солнечных батарей. Благодаря новым технологиям и способам производства КПД фотоэлементов постоянно растет, правда очень медленно, но главное — прогресс не стоит на месте.

Ниже приведен график достижений эффективности разных производителей, с течением времени. Начиная с середины и до самого верха — полупроводники разрабатывались для новых рекордов и космических задач, стоимость соответствующая. Все что ниже уже доступно и реально приобрести в наше время.

Всем известно про КПД, но мало кто понимает откуда берутся эти значения в процентах и как они рассчитываются.  Давайте попробуем разобраться.

Как правило, завод изготовитель указывает эффективность своих собранных модулей и эффективность отдельных солнечных элементов, из которых состоит солнечная батарея.  Эти параметры, как и другие характеристики, указываются при так называемых стандартных условиях — STS, основными из них является инсоляция 1000Вт/м² и температура элементов 25°С при которых и снимаются технические характеристики, в том числе и эффективность.

В настоящее время добросовестные изготовители стали  тестировать каждую произведенную ими солнечную батареи после сборки и делать распечатку индивидуальных параметров, которую вкладывают к каждой батарее. Делается это для подтверждения качества своих изделий.

Ниже приведена распечатка одной из солнечных батарей SY-100 от Suoyang energy:

Каждый модуль имеет свои индивидуальные характеристики. Если взять две одинаковые панели одной модели они все равно будут иметь немного разные параметры.

Солнечные батареи данного производителя имеют положительную толерантность, в итоге мы имеем  104,617 Вт и эффективность 15,74% (отдельный элемент 18,7%). Как он получил это значение?

Формула расчета эффективности солнечных батарей выглядит следующим образом:

КПД = Pсб/Sсб/10, где:

Pсб – мощность СБ;

Sсб – площадь СБ.

Подставим значения в формулу:

КПД = 104,617/(1,2*0,554)/10 = 15,74%

Все сходится, но возникает еще один вопрос: почему тогда КПД отдельных фотоэлементов выше? Ответ прост – все дело в том, что солнечная батарея состоит из множества фотоэлементов и между ними есть небольшое расстояние, которое не используется для выработки энергии, плюс алюминиевая рама тоже «занимает место», соответственно площадь увеличивается, а КПД при этом снижается.

Ниже приведены фотографии и видео некоторых попыток получения большей эффективности фотоэлементов, с помощью создания элементов сложной формы, принудительного охлаждения солнечных элементов и фокусирования света с помощью линз. Возможно новинки хорошо покажут себя, их пустят в массовое производство, и они станут доступными для нас с вами.

Это гибридная солнечная батарея Vitru, в борьбе за эффективность производитель борется с нагревом элементов. Вода в колбе охлаждает элементы, в следствие чего не снижается напряжение и не падает мощность.

Новинка пока не продается и находится в стадии тестирования, но как заявляет V3Solar, весь секрет в конусной форме и вращения конструкции, благодаря этому ячейки не успевают нагреваться и КПД не снижается в течении всего дня.  

Видео наглядно демонстрирует в чем заключается смысл задумки:

В отличие от предыдущих идей, борющимися с повышением температуры, эта конструкция в виде шара от Beta Torics, достигает производительности 35% благодаря концентрированному солнечному свету.

Самодельный концентратор из подручных средств, смысл как и в предыдущей установке в виде шара — усиление света, но тут все гораздо проще:

 

Комментарий автора: Линза заполненная водой имеет размер почти 75 сантиметров в диаметре. Солнечный свет проходя сквозь линзу концентрируется с такой силой, что моментально воспламеняет дерево. Максимальная эффективность достигается в летний полдень, когда солнце находится в зените. Линза выполнена из кристально чистого хлористого винила. Линза концентрирует около 500 Вт солнечной энергии и направляет в точку диаметром 2 см с рассеиванием около 7-15 см.‏

Читайте также:

Расчет мощности солнечных батарей

Разновидность солнечных батарей

 

КПД солнечных панелей — Формулы, расчеты, способы повышения

То что за альтернативной энергетикой и, в частности, солнечными электростанциями

будущее, вряд ли у кого вызывает сомнения. Тем не менее потенциальных покупателей всегда интересует вопрос — каков коэффициент полезного действия (КПД) солнечных батарей и как его увеличить? На данный момент эффективность солнечных панелей близка к 22%, и учёные-практики работают над тем, чтобы повысить этот показатель. По сути, именно этот показатель напрямую влияет на то, сколько электроэнергии батарея принесёт в ваш дом. 

Что такое КПД солнечных батарей

Практики считают, что КПД упомянутых устройств лучше всего определять как процентное соотношение энергии, которую отдаёт гелиосистема, к той энергии света Солнца, “впитываемого” рабочей площадью ваших панелей. Нужно признать что этот показатель, обычно измеряемый в процентах, за последние 50-60 лет увеличился лишь вчетверо. Хотя признаётся, что их потенциал близок к 90%. Отчего не все 100%? Дело в том, что на эффективность солнечных батарей напрямую влияет несколько факторов:

  • Характер атмосферных явлений (попросту, погода).

  • Физические свойства материалов, из которых сконструировано устройство, предназначение которого — улавливать максимально широкий диапазон спектра излучения Солнца.

  • Фундаментальные принципы работы полупроводников.

По причинам, указанным выше, КПД солнечных батарей в прошлом году составлял:

  1. До 5%, если покупатель отдал предпочтение недорогим плёнкам на аморфном кремнии.

  2. От 10% до 18%, если покупатель отдал предпочтение современным гибридным плёночным решениям, использующим соединение 2-х и более редкоземельных элементов.

  3. От 16% до 19%, если покупатель отдал предпочтение модулям из моно- и поликристаллического кремния. Для этого типа панелей характерны потери энергии, связанные с отражением света от самого устройства или его нагревания. Кроме того монокристаллические электростанции более эффективны, но обходятся дороже.

  4. Почти 50%, если покупатель решился приобрести недешёвые многослойные прототипы устройств с дополнительными конструкциями для улавливания солнечных лучей.

Формула расчета эффективности солнечных панелей

Эффективность использования солнечных панелей вычисляется следующим образом:

  1. На исследуемую панель направляют контролируемый свет.

  2. При помощи устройства под названием люксметр фиксируется уровень излучения на площадь каждого отдельного блока в солнечной панели.

  3. Фиксируется среднее арифметическое, далее фотометрические показатели переводятся в энергетическую систему координат.

  4. Полученный показатель (Ecp) отмечается, после чего исследуется площадь модульного “кирпича”. При её умножении на среднее арифметическое солнечной радиации, падающей на “кирпич”, исследователь получает общий для модуля показатель энергии. К примеру, 20 Вт.

  5. Далее при включённой в электросеть батарее исследуют показатель того, насколько мощный ток она выдаёт. Уровень технологичности батареи пропорционален тому, что получается “на выходе”. К примеру, солнечная батарея с вымышленным КПД 50% даст ток 10 Вт. 

Представим для удобства читателей эти данные в виде таблицы:

Мощность светопотока, Вт

Мощность “на выходе”, Вт

КПД, %
20 2
10
20 4 20
20 10 50
20
20 50

100 (несуществующий идеал)

 

Факторы, влияющие на эффективность солнечных батарей

Важно понимать, что этот вопрос необходимо разделить на два блока — качество самих модулей и климатические параметры, в которых используется электростанция. Если использовать простой язык, то эффективность солнечных панелей прямо пропорциональна эффективности работы полупроводников, чьи функции базируются на физических принципах pn-переходов. КПД солнечных батарей, изготовленных из кремния, достаточно невысок. Причина известна — упомянутый материал улавливает исключительно инфракрасный сегмент света. Энергия ультрафиолетового излучения для него остаётся недоступной. Однако отказаться от кремния невозможно из-за его доступной цены. Иные факторы, влияющие на эффективность устройства, не зависят от характеристик материалов и связаны с атмосферными условиями и обслуживанием устройств.

  • Чистота поверхностей панели. Энергия, отдаваемая вашему дому гелиосистемой, зависит от чистоты рабочих поверхностей панелей. Ввиду этого, как правило, они устанавливаются таким образом, чтобы дождевые потоки, снег и грязь естественным образом смывались с конструкции.
  • Тень. Если выбрано решение, подразумевающее несколько панелей, тень от любого из них не должна падать на соседнюю батарею. Иначе коэффициент полезного действия будет стремительно падать. То же самое касается и тени от ближайшей инфраструктуры — столбов, вышек, деревьев, соседских построек и так далее. Возводить солнечные батареи в этом случае категорически не рекомендуется.  
  • Погода. Использование гелиосистемы зимой по причине короткого дня и длинной ночи, а также неинтенсивных солнечных лучей в случае
    пасмурной погоды
    , менее эффективно. Летом КПД оборудования достигнет 14-15% (жара “съест” 2-3%), зимой — 18-19%. При этом осадки незначительно воздействуют на работу устройств: КПД панелей при наличии облаков снижается на максимум 25% (роль играет плотность облаков). Большинство батарей работает в диапазоне от -40 до +80 градусов по Цельсию. Правило таково: чем ниже температура, тем выше производительность. 25 градусов по Цельсию — наилучшая среда для работы оборудования. 
  • Вектор доставки света. Панели необходимо располагать так, чтобы они “впитывали” максимум радиации Солнца. Разумеется, юг — лучшая сторона для инсталляции электростанции. Зимой необходимо немного батареи приподнять, летом — опустить.
  • Ночь. На данном этапе это неустранимый фактор. В отсутствие света конструкции не функционируют, а их собственники берут свет из общей сети или аккумуляторов. Хотя нужно упомянуть особый вид всепогодных панелей, созданных китайскими учёными в 2017 году; они работают круглосуточно и, соответственно, существенно повышают окупаемость устройства.

Если говорить об Украине, то чем южнее установлены электростанции, тем они эффективнее. Кроме того, восток страны более освещён, нежели её запад. В итоге, лучшее место для установки батарей — это Крым и южная часть Одесской области. Во всех остальных регионах наиболее продуктивны шесть месяцев — с мая по август. И пару слов о панелях, бывших в употреблении. Не рекомендуется их приобретать, поскольку их мощность будет ниже заявленной. Новые панели более эффективны и экономически целесообразны. 

Способы увеличения КПД

Разумеется, первый шаг в этом направлении — это корректировка подвластных пользователю факторов, влияющих на эффективность электростанцией — тени, грязи и так далее. Кроме того, у силиконовых фотоэлементов — основы для самых распространённых панелей — есть определённый срок службы. Ещё говорят, что они “деградируют” и теряют производительность. Уже сейчас мировые учёные работают над так называемым “базовым КПД” — уровнем неизменной эффективности. Этот показатель постоянно растёт. Крыша вашего дома, где вы запланировали разместить батареи, может для этого не подходить. Тогда придётся установить их на специальную опору, которая даже позволяет элементам крутиться вслед за солнцем (благодаря поворотному трекеру). Панели меняют не только угол, но и направление. По оценкам, установка одного поворотного трекера даёт сразу плюс 40-50% эффективности. Впрочем, он весьма дорог. На рынке существуют новые высокоэффективные (43,5%) пятислойные панели фирмы Sharp, четырёхслойные фирмы Soy-Tech (44,7%) и устройство в Институте интегральных схем Фраунхофера (Германия). В последнем учреждении эффективность батареи достигает фантастических 47% — это мировой рекорд. 

Если вы решили приобрести солнечную электростанцию, специалисты SUNSAY Energy готовы проконсультировать в удобное для вас время и посоветовать панель, идеально отвечающую вашим потребностям.

КПД солнечных батарей: как рассчитать, повышение эффективности

Наверно, мало найдется сейчас людей, кто бы ни слышал о солнечных панелях и о домашних солнечных электростанциях. Мы сегодня поговорим об экономической целесообразности такового вида энергии, а в частности о том, какое КПД солнечных батарей.

Как устроена солнечная батарея

Все современные солнечные батареи работают благодаря открытию, сделанным физиком Александром Беккерелем в 1839 году — самого принципа работы полупроводников.

Советуем прочитать подробную статью, если солнечная батарея — это что-то пока непонятное для вас.

Если нагревать кремниевые фотоэлементы на верхней пластине, то атомы кремниевого полупроводника высвобождаются. Их стремятся захватить атомы нижней пластины. В полном соответствии с законами физики, электроны нижней пластины должны вернуться в первоначальное состояние. Этим электронам открывается один путь — по проводам. Сохранённая энергия передается аккумуляторам и возвращается вновь в верхнюю кремниевую пластину.

Где теряется производительность

В сами элементы заложены очень большие возможности. Теоретически, из расчета, КПД солнечной панели может составлять 80–87 %!

Но из практики мы знаем, что их эффективность крайне мала. Коэффициент полезного действия фактически находится в пределах 15–20 %. Именно такую часть электричества способны вырабатывать современные солнечные панели из всего солнечного потока, попадающего на принимающие фотоэлементы.

  1. Несовершенство технологии производства.
  2. Недостаточно чистые компоненты для изготовления.
  3. Погрешности при сборке.

Это всего лишь малая часть тех составляющих причин, куда уходит энергоэффективность.

Также необходимо учитывать и погодные условия. Какая бы современная солнечная панель не была — она не будет эффективно работать, если солнце закрыто облаками или расположено над горизонтом. Эту причину сложно регулировать. Значит единственное средство — повышать эффективность самих панелей.

К этим перечисленным трудностям следует добавить и то, что процесс очистки и получения кристаллов сам по себе – достаточно дорогая процедура. Без этого необходимого комплекса высокотехнологичных работ, трудно добиться ожидаемого эффекта.

Конечно, есть солнечные панели с высоким КПД. Но их конечная стоимость настолько высока, что недоступна для массового покупателя.

Материал для панелей

Все современные системы преобразования солнечной энергии теоретически могут выдавать до 25 %. Эти показатели достигнуты при наиболее благоприятных условиях работы. В реальной жизни этот показатель еще меньше. Практика показывает, что для многих изделий считается хорошим коэффициент полезного действия до 15 %.

Поэтому для промышленного получения электричества, используются значительные площади элементов солнечных батарей.

Немаловажным фактором является сам материал, из которого изготавливаются панели.

В массовом производстве для создания панелей используется кремний. Но проблема как раз в том и состоит, что он работает от солнечного излучения, но воспринимает только инфракрасный спектр излучения. Ультрафиолетовая энергия ими не фиксируется и пропадет напрасно.

Мало того. На КПД солнечной батареи оказывает большое влияние и сам кремний. Вернее тот тип, который применяется в фотоэлементах.

Известно, все панели различаются на три вида, по типу строения кремния:

  1. Монокристаллические. КПД таких элементов 10–15 %. По цене наиболее дороже других панелей, но наиболее эффективные. Именно метод, которым наносится кремний, определяет и стоимость конечного продукта.
  2. Поликристаллические. Эффективность значительно ниже, но по критерию «цена/качество», конечная стоимость 1 Ватта энергии гораздо ниже. При этом некоторые модели по эффективности не уступают монокристаллам.
  3. Тонкопленочные панели. В основе таких устройств — аморфный кремний. При их простоте в изготовлении и доступной цене — наверное, самый массовый вид устройств. Но большинство покупателей отмечают, что КПД таких конструкций очень мал. На уровне 5–6 %. Мало того. В процессе длительной работы этот показатель уменьшается, и отдача фотоэлементов становится еще меньше.

Солнечная погода — существенный фактор, влияющий на производительность. Те же тонкопленочные виды могут стабильно работать и в пасмурную погоду. Но при этом производительность настолько мала, что нужного эффекта трудно достигнуть. Необходим высокий уровень КПД, как у монокристаллов, но с облачностью этот показатель стремительно снижается.

Есть экспериментальная формула, которая наглядно показывает зависимость кпд солнечных батарей от угла, под которым солнечные лучи попадают на поверхность фотоэлементов.

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.

Плюсы

  1. За счет того, что в панелях нет подвижных узлов и элементов, повышается долговечность. Производители гарантируют срок службы в 25 лет.
  2. Если соблюдать все регламентные работы и правила эксплуатации работа таких систем увеличивается до 50 лет. Обслуживание довольно несложное — своевременно очищать фотоэлементы от пыли, снега и других естественных загрязнений.
  3. Именно долговечность системы — определяющий фактор для покупки и монтажа панелей. После того как все затраты себя окупят, вырабатываемое электричество получится бесплатным.

Самое главное препятствие для широкого применения таких систем — их высокая стоимость. При низком КПД бытовых солнечных панелей, есть серьезные сомнения в экономической необходимости именно в таком способе добычи электроэнергии.

Но опять же, надо разумно оценивать возможности данных систем и, исходя из этого, рассчитывать ожидаемую отдачу. Полностью заменить традиционную электроэнергию не выйдет, но получить экономию, используя и солнечные системы, вполне реально.

Кроме того, сложно не заметить такие выгоды как:

  • Получение электричества в самых удаленных от цивилизации районах;
  • Автономность;
  • Бесшумность.

Минусы

  1. Энергетическая установка нуждается в периодическом обслуживании. То есть к ним должен быть постоянный и свободный доступ.
  2. Чем выше энергоотдача, тем больше панелей требуется. Из этого вытекает вывод — чем больше элементов, тем больше места им нужно.
  3. Выработанное электричество должен хранить аккумулятор. Уровень заряда необходимо постоянно контролировать. А сами аккумуляторы, по всем нормам безопасности, держать в отдельном и вентилируемом помещении.
  4. Как уже говорилось, сами элементы в летнее время сильно нагреваются. А это практически вдвое снижает их производительность. Избежать потерь при нагреве можно, если оборудовать дополнительную приточную вентиляцию, или как минимум оставить пространство между панелями и теми поверхностями, на которых они смонтированы. Дополнительные потоки воздуха будут охлаждать работающие элементы.
  5. Эффективная работа возможна только при идеальных погодных условиях.
  6. Максимум электричества вырабатывается, если выдержан прямой угол падения лучей солнца на поверхность панели. Это условие можно выдержать если снабдить систему автоматическими поворотными механизмами, что накладывает дополнительные затраты на эксплуатацию и ремонт. Механические элементы неизбежно будут выходить из строя.
  7. Со временем использования самих панелей, их КПД, естественным образом, уменьшается.
  8. Место установки необходимо выбирать таким образом, чтобы все солнечные панели большую часть времени находились на солнце, а не в тени.

Если проектируется полновесное снабжение дома «энергией солнца», на всю систему денег надо много и сразу.

Заключение

Мы провели сравнительный анализ типов солнечных батарей. Насколько они эффективны и окупаемы. Их слабые и сильные стороны. Вывод о целесообразности их применения в быту остается, в конечном итоге, за потребителем.

Видео по теме

2.3.2 Расчёт кпд солнечной батареи и коэффициента заполнения при различной плотности излучения

Для расчёта КПД солнечной батареи сравним мощность излучения, падающего на батарею от источника света и мощность, выдаваемую при этом солнечной батареей. Для этого определим площадь солнечной батареи по формуле 2.3:

где S, [м2] – площадь солнечной батареи, a, [м], b[м] – геометрические размеры батареи солнечных элементов.

S = 0,1014м2

Мощность падающего излучения на солнечную батарею определим по формуле 2.4:

Wi = S* Et(среднее)

(2.4)

где Wi, [Вт] – мощность падающего излучения на солнечную батарею, S, [м2] – площадь солнечной батареи, Et(среднее) — определим из формулы 2.2.

Wi(234) = 234*0.1014

Wi(170) = 170*0.1014

Wi(120) = 120*0.1014

Wi (234) = 23.7276 Вт , Wi (170) = 17.238 Вт, Wi (120) = 12.168 Вт

По таблицам: 2.1, 2.2.А, 2.2.Б. и по графикам кривых мощности рис. 2.14, рис. 2.16, рис. 2.18, определим максимальную мощность выдаваемую батареей солнечных элементов при различной плотности падающего излучения: Wmax(234) = 1.9076 Вт

Wmax(170) = 1.3499 Вт

Wmax(120) = 0.9697 Вт

Определим КПД солнечной батареи по формуле 2.5:

(2.5)

где η – КПД, Wi, [Вт] — определяем по формуле 2.4, Wmax, [Вт] – максимальная мощность, выдаваемая солнечной батареей при данной мощности падающего излучения.

η(234) = 0.0804 = 8.04%

η(170) = 0.0783 = 7.83%

η(120) = 0.0796 = 7.96%

Из значений КПД для различных уровней освещённости солнечной батареи при постоянном спектральном составе излучения можно сделать вывод, что с изменением освещённости КПД остаётся примерно постоянным, а небольшие отклонения объясняются погрешностью измерений.

Определим коэффициент заполнения как отношение максимальной мощности, выдаваемой солнечной батареей к произведению напряжения холостого хода и тока короткого замыкания. Коэффициент заполнения определим по формуле 2.6:

(2.6)

где Kz – коэффициент заполнения, Wmax, [Вт] – максимальная мощность, выдаваемая солнечной батареей при данной плотности падающего излучения, Uxx,[В] – напряжение холостого хода батареи, при отсутствии внешнего потребителя, Iкз, [А] – ток короткого замыкания.

Значения Wmax, Uxx, Iкз берём из таблиц 2.1, 2.2.А, 2.2.Б. для различных уровней освещённости.

Kz (234) = 0.6806

Kz (170) = 0.576

Kz (120) = 0.576

Из полученных данных можно сделать вывод, что при уменьшении мощности падающего излучения коэффициент заполнения уменьшается.

КПД солнечных батарей

Солнечный свет считается одним из наиболее эффективных альтернативных источников электроэнергии. Экономическую целесообразность использования таких систем определяет КПД солнечных батарей. Этот показатель включает в себя все затраты, направленные на преобразование одного вида энергии в другой. Эффективность данного процесса составляет в среднем 15-20%, то есть такое количество электричества получается от общей массы солнечного излучения, попадающего на фотоэлементы. Эти показатели получены в наиболее благоприятных условиях эксплуатации. Поэтому для получения нужного количества электроэнергии приходится значительно увеличивать площадь солнечных батарей.

КПД у разных типов солнечных панелей

Все современные солнечные батареи функционируют на основе физических свойств полупроводников. Фотоны солнечного света, попадая на фотоэлектрические панели, выбивают электроны с внешних орбит атомов. В результате, начинается их перемещение, что приводит к появлению электрического тока.

Единичные панели не могут обеспечить нормальной мощности, поэтому они в определенных количествах соединяются в общую солнечную батарею. Чем больше фотоэлементов задействовано в системе, тем выше будет мощность выдаваемой электроэнергии.

Зная принцип работы панелей, можно определить их коэффициент полезного действия. Теоретически, определение КПД представляет собой мощность произведенной электроэнергии, разделенная на мощность энергии солнечных лучей, попадающих на данную панель. Теоретически современные системы способны выдавать до 25%, но в реальности этот показатель составляет не более 15%. Очень многое зависит от материала, из которого изготовлены панели. Например, широко используемый кремний, способен поглощать лишь лучи инфракрасного спектра, а энергия ультрафиолетовых лучей им не воспринимается и пропадает впустую.

В настоящее время ведется работа над созданием многослойных панелей, что дает возможность изготовить солнечные батареи с высоким КПД. В их конструкцию входят различные материалы, расположенные в несколько слоев. Они подобраны таким образом, что способны улавливать все основные энергетические кванты. То есть, каждый слой определенного материала способен поглощать один из видов энергии.

Теоретически у таких устройств КПД может увеличиться до 87%, однако на практике технология изготовления таких панелей довольно сложная. Кроме того, их стоимость получается намного выше по сравнению со стандартными солнечными системами.

КПД солнечной батареи во многом зависит от типа кремния, применяемого в фотоэлементах. Все панели на основе этого материала разделяются на три вида:

  • Монокристаллические, с КПД 10-15%. Считаются наиболее эффективными, а их цена заметно выше других устройств.
  • Поликристаллические обладают более низкими показателями, однако стоимость одного ватта у них значительно ниже. При использовании качественных материалов, такие панели по эффективности иногда превосходят монокристаллы.
  • Гибкие тонкопленочные панели, основой которых является аморфный кремний. Они отличаются простотой в изготовлении и низкой стоимостью. Тем не менее, КПД этих устройств очень низкий, примерно 5-6%. Постепенно, в процессе эксплуатации, их показатели уменьшаются, производительность становится более низкой.

Основные факторы эффективной работы

Эффективная и производительная работа солнечных систем зависит от различных факторов, так или иначе влияющих на конкретное устройство. Многое зависит от температуры наружного воздуха, погоды, а также чистоты поверхности, принимающей лучи.

Большое значение имеет угол, под которым солнечные лучи падают на поверхность фотоэлемента. В идеальных условиях он должен быть прямым, что позволяет добиться максимальной эффективности. С целью увеличения КПД солнечной батареи, некоторые модели оборудуются системами слежения, автоматически изменяющими угол наклона панелей в соответствии с положением солнца в данное время. Эта опция достаточно дорогая и применяется в редких случаях.

Следует избегать нагрева фотоэлементов в процессе работы, поскольку это снижает их эффективность. Потери можно уменьшить, если между панелями и поверхностями, на которых они установлены, оставлять свободное пространство. Воздушные потоки будут постоянно циркулировать и охлаждать работающие устройства.

Рекомендуется периодически мыть и протирать поверхности солнечных батарей. Чистота фотоэлементов способствует повышению коэффициента полезного действия, поскольку количество падающего ни них света поддерживается на должном уровне. В противном случае, из-за недостатка лучистой энергии, панели будут работать менее эффективно. Для установки фотоэлементов следует по возможности выбирать южную сторону, чтобы солнечные панели как можно меньше находились в тени.

Погодные условия нередко играют решающую роль. Чем больше солнечных дней в конкретном регионе, тем более высокой будет плотность излучения, попадающего на солнечные панели. В зимнее время года эффективность батарей снижается до 2-8 раз, поскольку добавляется фактор снега, попадающего на панели и закрывающего поверхности от солнца.

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.

Исследования и новейшие разработки в области повышения КПД

Стоит отдельно остановиться на новейших достижениях в области повышения КПД и рассмотреть самые эффективные солнечные батареи. Многие из них еще находятся в стадии теоретических разработок и не прошли полных испытаний в реальных условиях эксплуатации.

Экспериментальные модели представлены следующими производителями:

  • Фирма Sharp подготовила образцы продукции с КПД порядка 44,4%. Ее изделия до сих пор занимают лидирующее место во всем мире. Новейшие разработки отличаются сложным устройством, состоят из трех слоев, а на разработку и испытания было затрачено несколько лет. Более простые модели все равно работают с эффективностью 37,9%, что в сравнении с обычными системами является серьезным технологическим прорывом.
  • Солнечные панели, разработанные в испанском исследовательском институте – IES. В ходе испытаний они показали эффективность в пределах 32,6%. Такой высокий КПД удалось получить за счет использования двухслойных модулей. Стоимость изделий ниже, чем у других производителей, но на данном этапе использовать их в обычных жилых домах экономически невыгодно и нецелесообразно.

Какой КПД у современных солнечных батарей и от его он зависит

На сегодняшний день создание эффективных фотоэлектрических систем является одним из главных направлений альтернативной энергетики. Главной инженерной проблемой отрасли выступает постоянный поиск методов и материалов, способных повышать КПД солнечных элементов. Добиться этого вполне реально, ведь теоретически возможный предел для полупроводниковой технологии превышает ныне достигнутый более чем в 3 раза.

КПД современных солнечных батарей 

Нынешний показатель эффективности 15-30% в массовом производстве панелей пока очень далек от теоретически возможного уровня 85-88%. Проблема в его достижении связана с высокой долей вынужденных потерь, возникающих на разных стадиях преобразования потока фотонов в электрический ток. 

Существенно на объем потерь влияют:

  • физические особенности p/n-перехода для различных типов полупроводников;
  • оптические законы преломления и поглощения света;
  • показатели внешней температуры и влажности;
  • положение рабочих поверхностей относительно солнца и т.д.

Влияние на производительность материала ячеек

В зависимости от использованных в конструкции полупроводниковых материалов, номинальный КПД солнечных панелей составляет:

  1. Аморфный кремний, A-Si. Долгое время эффективность преобразования не превышала 5-7%, но с переходом на тонкопленочные технологии поднялась до 14-16%. КПД довольно стабилен, поскольку «рыхлая» по форме поверхность ячеек хорошо поглощает даже слабый или рассеянный свет.
  2. Поликристаллический кремний, Poli-Si. Номинальные показатели находятся в диапазоне 19-21%. Падение производительности при неблагоприятных световых условиях среднее, что обеспечивается разнонаправленным расположением кристаллов поглощающего слоя.

  3. Монокристаллический кремний, Mono-Si. Обеспечивает самый высокий выход энергии при идеальных условиях освещения, до 24%. При изменении положения относительно солнца и высоких температурах КПД таких солнечных батарей значительно снижается. 
  4. Теллурид кадмия, Cd-Te. Фотоэлектрические элементы этого типа быстро набирают популярность благодаря сочетанию высокой средней эффективности и низкой цены. Более стабильная производительность, чем у чистых кристаллических кремниевых модулей, достигается идеальной шириной запрещенной зоны p/n-перехода. Коэффициент полезного действия немного меньше поликристаллов, но среднегодовая отдача выше.
  5. Редкоземельный сульфид меди/индия/галлия, CIGS. Благодаря возможности многослойной компоновки ячеек, способны добиваться максимального поглощения на уровне до 40% и выше. Широко используются в аэрокосмической промышленности, но «на земле» почти не применяются из-за высокой цены.
  6. Фотовольтаика третьего поколения. В качестве полупроводников использует органику, сложные полимеры или материалы на квантовых точках. Дешевые, простые в производстве и обладают фантастическими способностями поглощения. Несмотря на сравнительно низкий КПД в диапазоне 6-15%, эти солнечные элементы уже сегодня могли бы получить широкое применение, если бы не короткий срок службы. Нынешний рекорд устойчивости не превышает 2000 часов, или менее 3 месяцев, что недостаточно для массового производства и применения.


Влияние на КПД солнечных электростанций сторонних факторов

Эффективность панелей после сборки, связанная с их конструктивными особенностями, остается неизменной. Совсем иначе дело обстоит с постоянно меняющимися внешними факторами воздействия.

  1. Уровень освещения. Оказывает максимальное воздействие на все фотоэлектрические системы. При полном отсутствии света абсолютное большинство современной фотовольтаики не функционирует вообще. Исключение составляют экзотические варианты с дополнительным слоем люминофора длительного свечения.
  2. Направление на солнце и рассеянный свет. При больших углах наклона наибольшее падение реального КПД происходит у монокристаллических солнечных панелей. Минимальное воздействие ухудшение условий освещения оказывает на редкоземельные тонкопленочные батареи.
  3. Падение тени. Особенно неблагоприятно сказывается на кристаллических модулях, вплоть до вероятности выхода их из строя. Пленочные конструкции страдают от этого меньше.
  4. Осадки. Сами по себе дождь, снег или град практически не изменяют эффективность преобразования. Единственная опасность состоит в возможном механическом повреждении защитного слоя, что грозит потерей герметичности и возникновением эффекта PID.
  5. Температурные колебания. Наиболее опасны для модулей быстрые смены циклов замерзания/оттаивания. Низкие температуры изменения в КПД солнечных батарей не вызывают. Однако к высоким очень чувствительны Poli-Si, и особенно Mono-Si. С превышением показателя +25°C монокристаллы начинают терять эффективность примерно на 0,5% с каждым градусом. Нагрев поверхностного слоя до 60-70°C, что часто бывает летом в жарких регионах, приводит к потере 20% номинальной производительности.

Остается надеяться, что в следующих поколениях солнечных электростанций их КПД будет зависеть от внешних факторов минимально.

КПД солнечных батарей

Сегодня идёт много разговоров вокруг такого понятия, как КПД гелиосистем. Это один из ключевых критериев при оценке эффективности работы солнечных батарей. Увеличение этого показателя является главной задачей на пути снижения затрат на преобразование солнечной энергии и расширения использования гелиосистем. Низкий КПД солнечных батарей является их основным недостатком. Квадратный метр современных фотоэлементов обеспечивает выработку 15─20 процентов от мощности солнечного излучения, попадающего на него. И это при самых благоприятных условиях эксплуатации. В результате для обеспечения необходимого энергоснабжения требуется установка множества солнечных панелей большой площади. Насколько эффективно такое оборудование и от чего зависит его КПД, постараемся разобраться в этой статье. А также поговорим о сроке службы и окупаемости солнечных панелей.

 

Содержание статьи

Виды солнечных фотоэлементов и их КПД

В основе функционирования солнечных панелей лежат свойства полупроводниковых элементов. Падающий на фотоэлектрические панели солнечный свет фотонами выбивает с внешней орбиты атомов электроны. Образовавшееся большое количество электронов обеспечивает электрический ток в замкнутой цепи. Одной или двух панелей для нормальной мощности недостаточно. Поэтому несколько штук объединяют в солнечные батареи. Для получения необходимого напряжения и мощности их подключают параллельно и последовательно. Большее число фотоэлементов дают большую площадь поглощения солнечной энергии и выдают большую мощность.

Фотоэлементы


Теперь непосредственно о самом КПД. Эта величина вычисляется делением мощности электроэнергии на мощность солнечной энергии, попадающей на панель. У современных солнечных батарей эта величина лежит в интервале 12─25 процентов (на практике не выше 15%). Теоретически можно поднять КПД до 80─85 процентов. Такая разница существует из-за материалов для изготовления панелей. В основе лежит кремний, который не поглощает ультрафиолет, а лишь инфракрасный спектр. Получается, что энергия ультрафиолетового излучения уходит впустую.

Одним из направлений повышения КПД является создание многослойных панелей. Такие конструкции состоят из набора материалов, расположенных слоями. Подбор материалов осуществляется так, чтобы улавливались кванты различной энергии. Слой с одним материалом поглощает один вид энергии, со вторым – другой и так далее. В результате можно создавать солнечные батареи с высоким КПД. Теоретически такие многослойные панели могут обеспечить КПД до 87 процентов. Но это в теории, а на практике изготовление подобных модулей проблематично. К тому же они получаются очень дорогие.

На КПД гелиосистем также влияет тип кремния, используемого в фотоэлементах. В зависимости от получения атома кремния их можно разделить на 3 типа:

  • Монокристаллические;
  • Поликристаллические;
  • Панели из аморфного кремния.

Фотоэлементы из монокристаллического кремния имеют КПД 10─15 процентов. Они являются самыми эффективными и имеют стоимость выше остальных. Модели из поликристаллического кремния имеют самый дешевый ватт электроэнергии. Многое зависит от чистоты материалов и в некоторых случаях поликристаллические элементы могут оказаться эффективнее монокристаллов.

Панель из аморфного кремния



Существуют также фотоэлементы из аморфного кремния, на базе которых изготавливают тонкопленочные гибкие панели. Их производство проще, а цена ниже. Но КПД значительно ниже и составляет 5─6 процентов. Элементы из аморфного кремния с течением времени теряют свои характеристики. Для увеличения их производительности добавляют частицы селена, меди, галлия, индия.
Вернуться к содержанию
 

От чего зависит эффективность работы солнечных батарей?

На эффективность работы солнечных батарей оказывают влияние несколько факторов:

  • Температура;
  • Угол падения солнечных лучей;
  • Чистота поверхности;
  • Отсутствие тени;
  • Погода.

В идеале угол падения солнечных лучей на поверхность фотоэлемента должен быть прямым. При прочих равных в этом случае будет максимальная эффективность. В некоторых моделях для увеличения КПД в солнечных батареях устанавливается система слежения за солнцем. Она автоматически меняет угол наклона панелей в зависимости от положения солнца. Но это удовольствие не из дешёвых и поэтому встречается редко.

При работе фотоэлементы нагреваются, и это отрицательно сказывается на эффективности их работы. Чтобы избежать потерь при преобразовании энергии следует оставлять пространство панелями и поверхностью, где они закреплены. Тогда под ними будет проходить поток воздуха и охлаждать их.

Монтаж солнечных батарей



Несколько раз в год обязательно нужно мыть и протирать панели. Ведь КПД фотоэлектрических панелей прямо зависит от падающего света, а значит, от чистоты поверхности. Если на поверхности есть загрязнения, то эффективность солнечных батарей будет снижаться.

Важно сделать правильную установку батарей. Это означает, что на них не должна падать тень. Иначе эффективность системы в целом будет сильно снижаться. Крайне желательно устанавливать фотоэлементы на южной стороне.

Что касается погоды, то от неё также зависит очень многое. Чем ближе ваш регион к экватору, тем большая плотность излучения будет попадать солнечного излучения на панели. В нашем регионе зимой эффективность может упасть в 2─8 раз. Причины как в уменьшении солнечных дней так и в снеге, попадающим на панели.


Вернуться к содержанию
 

Срок службы и окупаемость солнечных панелей

В гелиосистемах нет никаких подвижных механических частей, что делает их долговечными и надёжными. Срок эксплуатации подобных батарей 25 лет и дольше. Если их правильно эксплуатировать и обслуживать, то они могут прослужить и 50 лет. Кроме этого, в них не бывает каких-то серьёзных поломок и от владельца требуется лишь периодически чистить фотоэлементы от грязи, снега и т. п. Это требуется для увеличения КПД и эффективности гелиосистемы. Длительный срок службы зачастую становится определяющим при решении покупать или нет солнечные батареи. Ведь после прохождения срока окупаемости, электроэнергия от них будет бесплатной.

Установка солнечных батарей на крыше


А срок окупаемости существенно меньше, чем срок службы. Но многих останавливает первоначальная стоимость батарей. Вкупе с низким КПД у многих людей это вызывает сомнения в выгодности приобретения гелиосистем. Поэтому решение здесь нужно принимать с учётом погоды и климата в вашем регионе, условий использования и т. п.

На срок окупаемости оказывают влияние следующие факторы:

  • Тип фотоэлементов и оборудования. На окупаемость оказывает влияние как величина КПД, так и первоначальная стоимость фотоэлементов;
  • Регион. Чем выше интенсивность солнечного света в вашей местности, тем меньше срок окупаемости;
  • Цена оборудования и монтажа;
  • Цена электроэнергии у вас в регионе.

В среднем срок окупаемости по регионам составляет:
  • Южная Европа ─ до 2 лет;
  • Средняя Европа – до 3,5 лет;
  • Россия ─ в большинстве регионов до 5 лет.

Эффективность солнечных коллекторов для сбора тепла и батарей для получения электрической энергии постоянно увеличивается. Правда не так быстро, как хотелось бы. Специалисты отрасли занимаются повышением КПД и снижением себестоимости фотоэлементов. В итоге всё это должно привести к уменьшению срока окупаемости и широкому распространению солнечных батарей.


Вернуться к содержанию
 

Разработки, направленные на увеличение КПД солнечных батарей

В последние годы учёные по всему миру заявляют о разработке технологий, увеличивающих КПД солнечных модулей. Не все из них являются применимыми к реальным условиям эксплуатации, но некоторые из них заслуживают внимания. Так, в прошлом году специалисты Sharp разработали фотоэлектрические элементы с эффективностью 43,5 процента. Такое увеличение было получено благодаря установке линзы, которая фокусирует получаемую энергию прямо в элементе.

Устройство фотоэлементов Sharp

Физики из Германии 3 года назад разработали фотоэлемент, площадь которого всего несколько квадратных миллиметров. Он состоит из четырёх слоёв полупроводников. Полученных ими КПД составил 44,7 процента. Здесь эффективность была увеличена за счёт размещения в фокус вогнутого зеркала.

В Стэнфорде был получен жаропрочный композит, который может быть использован для увеличения производительности фотоэлектрических панелей. В теории можно получить КПД близкий к 80 процентам. Этот композитный материал может перевести высокочастотное излучение в инфракрасный спектр, за счёт чего резко увеличивается эффективность.

Другие британские специалисты разработали технологию, которая увеличивает эффективность фотоэлементов на 22 процента. На гладкой поверхности гибких панелей они нанесли алюминиевые шипы наноразмера. Алюминий рассеивает солнечный свет, поэтому был выбран он. В результате увеличивается количество энергии солнца, которое поглощается фотоэлементом. За счёт этого удалось добиться увеличения эффективности.
Вернуться к содержанию
 

Опрос

Примите участие в опросе!

 Загрузка …
Так, что специалисты в области солнечных батарей бьются за каждый процент и, возможно, в ближайшем будущем они получат широкое распространение. Если статья оказалась для вас полезной, распространите ссылку на неё в социальных сетях. Этим вы поможете развитию сайта. Голосуйте в опросе ниже и оценивайте материал! Исправления и дополнения к статье оставляйте в комментариях.
Вернуться к содержанию

Как рассчитать батарею солнечной панели и инвертор — Калькулятор размера инвертора — веб-сайт Solar

Эта страница может содержать партнерские ссылки, пожалуйста, ознакомьтесь с нашей политикой раскрытия информации здесь.

Определение размеров солнечных панелей, аккумуляторных батарей и инвертора

Определение размеров солнечных панелей, аккумуляторов и инверторов для солнечной системы

Настоящая автономная система солнечной энергии включает солнечные панели, группу батарей для хранения энергии и один или несколько инверторов . Такая система не имеет подключения к коммунальной сети.

Возможно иметь домашнее аккумуляторное хранилище , даже если обычно используется подключение к сети коммунальной компании. Батареи автоматически подключаются к сети, если или когда нормальное электроснабжение выходит из строя.

Обычная процедура для размеров любого типа системы в следующем порядке:

  1. Размер солнечных панелей в соответствии с потреблением энергии
  2. Размер инвертора в соответствии с номинальной мощностью системы солнечных панелей
  3. Размер аккумуляторный блок в зависимости от того, сколько часов вам нужно, чтобы он работал i.е. автономия

Размер солнечной панели определяется путем деления дневной нагрузки в кВтч на освещенность местности, чтобы получить рейтинг солнечной энергии в кВт. Размер инвертора равен номиналу солнечной панели. Емкость батареи определяется путем умножения ежедневной нагрузки на требуемое количество дней автономной работы и деления на системные вольты, чтобы получить ампер-часы.

Видео – Как определить размеры солнечной системы и батареи


RENOGY быстро становятся предпочтительным поставщиком солнечных панелей, комплектов, батарей и аксессуаров для управления солнечными батареями.Основанная в США , где производятся продукты, они широко известны и уважаемы за инновации и качество .

Ознакомьтесь с последними ценами RENOGY


Как рассчитать размер батареи и солнечной панели?

Несмотря на тесное родство, аккумулятор и солнечная панель размера не совпадают.

Размер массива солнечных панелей определяется потреблением энергии вашего дома, а размер батареи зависит от необходимого количества автономной работы .

Как долго вы хотите, чтобы батареи обеспечивали питание в случае отказа сети и/или облачности?

Я создал информационный пост, в котором очень подробно рассказывается о создании собственной автономной солнечной системы своими руками — прочтите его здесь.

Как рассчитать размер системы солнечных панелей

Расчет размеров солнечных панелей начинается с нагрузки , которая должна поставляться. В случае дома можно использовать годовые, месячные или суточные киловатт-часов .

Самый быстрый и простой способ получить это — взять из счета за коммунальные услуги за прошлый год.

Когда у вас есть киловатт-часы дома, его можно перевести в солнечную панель , выработанную энергию , номинальную мощность системы и вычислить , сколько панелей необходимо.

Сколько энергии в среднем потребляет дом в день?

По данным правительства США, средний американский потребитель использует около 30кВтч в день или 900кВтч в месяц. Используя это как цель для определения размера солнечной панели, мы можем определить необходимую солнечную энергию.

Как излучение влияет на солнечные батареи?

Хотя есть несколько факторов, влияющих на выходную мощность солнечной панели, излучение или солнечная энергия , безусловно, является самым большим.

Прочитайте об эффективности солнечных батарей в одном из моих сообщений в блоге.

Излучение измеряется в киловатт-часах на квадратный метр в день или год ( кВтч/м2/день ) и значительно варьируется в зависимости от вашего географического положения.

Значения излучения в кВтч/м2/день также известны как пиковые солнечные часы и используются установщиками солнечных батарей для расчета количества энергии, которое может генерировать солнечная установка.

Его можно найти в исторических данных с помощью поиска в базе данных на таких сайтах, как GlobalSolarAtlas.Просто введите свой город и отметьте пиковые солнечные часы в вашем районе — см. изображение ниже:

Пиковые солнечные часы в Чикаго — это почти среднее значение по США

В таблице ниже показаны значения освещенности для 5 городов, как в США, так и за рубежом:

Таблица — облучение в 5 различных местах

9

Кстати, пик Солнца -часов для Чикаго примерно в среднем по США (4), поэтому я буду использовать это в своих расчетах.Калькулятор размера солнечной панели

Количество солнечных панелей = 7700 Вт/300 Вт = 25 солнечных панелей (каждая по 300 Вт)

Средние потери фотоэлектрической системы

К сожалению, приведенный выше расчет предполагает, что мы получаем всю мощность указанную солнечной панелью номинальная мощность – нет!

Фотоэлектрическая система потери составляют почти 25%, поэтому нам нужно добавить не менее 25% к количеству необходимых панелей:

Количество панелей для учета потерь = 25 + (25 x .25) = 38 панелей (каждая по 300 Вт)

Формула расчета солнечной энергии Pdf

Этот загружаемый PDF-файл содержит быструю «шпаргалку» для расчета количества солнечных панелей, необходимых для установки.

Используйте приведенный ниже солнечный калькулятор, чтобы оценить сколько солнечных панелей потребуется вашему дому:

Калькулятор для расчета солнечных панелей

Каковы потери в солнечных панелях?

Приведенный выше расчет солнечной системы учитывает потери в размере 25%, что, возможно, немного преувеличено, но лучше переоценить потери, чем недооценить.Солнечные модули относительно дешевы, поэтому стоит иметь большую мощность.

Приведенная ниже инфографика показывает 10 основных потерь солнечной фотоэлектрической энергии , которые снижают выходную мощность любой солнечной установки:

Инфографика: 10 основных потерь солнечной системы
Инфографика, показывающая процентные потери для размеров домашней солнечной панели

Инвертор какого размера мне нужен нужно? Калькулятор размера инвертора

В общем, лучше всего выбирать инвертор приблизительно с такой же номинальной мощностью , что и ваша солнечная батарея.Это связано с тем, что инверторы наиболее эффективны при полной нагрузке.

Эффективность инвертора хорошего качества при полной нагрузке часто 97% . Однако, если нагрузка очень мала, потери могут быть значительно больше – см. график эффективности инвертора ниже:

Инверторы не должны быть слишком большими – стремитесь к той же мощности, что и солнечная батарея

Расчет размера инвертора мощности (PDF)

Как рассчитать мощность солнечной батареи?

Емкость аккумулятора зависит от продолжительности времени, в течение которого вы хотите, чтобы аккумуляторы снабжали ваш дом энергией, и от вашего потребления энергии.

Предположим, что потребление энергии в доме составляет 30 кВтч в день , в течение 24 часов. Если бы вы хотели, чтобы батарей хватило на 24 часа, то киловатт-час батареи был бы примерно равен потреблению энергии .

Если вы хотите, чтобы продержалась 2 дня , просто удвойте емкость аккумулятора.

Аккумуляторы автономных систем часто рассчитаны на 2 полных дня автономной работы , на тот случай, если в течение одного дня будет большая облачность и вообще не будет производиться энергия.

Емкость батареи, необходимая на 2 дня = потребление энергии 30кВтч x 2 = 60кВтч

Требуемая батарея-Ач = 60кВтч/напряжение батареи = 60000/48 (скажем) = 1250Ач

deep аккумуляторы с циклом имеют рекомендуемую глубину разряда 50% . Это означает, что необходимо будет установить двойное расчетное количество Ач:

Требуемая батарея Ач = 1250 Ач x 2 = 2500 Ач

Как узнать, сколько батарей мне нужно для моей солнечной системы?

Используя результат приведенного выше расчета и предполагая, что батареи глубокого цикла емкостью 200 Ач:

Количество батарей, необходимое для двухдневной автономной работы = 1250 Ач/200 Ач = 6.25 (7) аккумуляторов , каждый 200 Ач

Примечание: Свинцово-кислотные аккумуляторы глубокого цикла имеют рекомендуемую глубину разряда 50% . Это означает, что необходимо будет установить двойное расчетное количество Ач:

Необходимое количество аккумуляторов = 2500/200 Ач = 12,5 (13) по 200 Ач

Используйте приведенный ниже калькулятор, чтобы узнать сколько аккумуляторов потребуется вашему дому :

Калькулятор для определения размера солнечной батареи

Будет ли солнечная система мощностью 5 кВт обеспечивать работу дома?

Вам необходимо знать, сколько киловатт-часов энергии потребляет ваш дом в день/месяц или год.

Используя среднюю американскую домашнюю мощность 30 кВтч/день и коэффициент потерь системы 1,44 , мы можем вычислить, сколько энергии может генерировать солнечная система мощностью 5 кВт.

Применяя поправочный коэффициент потерь фотоэлектрической системы, равный 1,44, вам потребуется выработать:

30 кВт·ч x 1,44 = 43,2 кВт·ч солнечной энергии

В среднем за 4 солнечных часа пиковой нагрузки 1 солнечный ватт может произвести 4 ватт-час/день . Следовательно, солнечная энергия, необходимая для снабжения этого дома, равна:

43200/4 = 10.8kW

Солнечная система мощностью 5kWh не может обеспечить работу среднего дома в США с потреблением энергии 30kWh/день. Потребовалось бы более чем вдвое больше этого количества при 10,8 кВтч, если бы общая потребность в энергии должна была генерироваться за счет солнечной энергии.

Сколько панелей в солнечной системе мощностью 5 кВт?

Крупные бытовые солнечные системы обычно используют более крупные панели мощностью от от 200 до 300 Вт . В некоторых системах даже используются панели мощностью 400 Вт и выше!

Солнечные панели мощностью 300 Вт широко распространены, поэтому я буду использовать их в качестве основы для расчетов.Опять же, мы должны принять в среднем 4 часа пикового солнечного излучения, поскольку мы не знаем местоположения и не можем приспособиться к освещенности.

Солнечная панель мощностью 300 Вт может генерировать 1200 ватт-часов энергии в день при освещенности 4 пиковых солнечных часа.

Количество панелей, необходимых для системы мощностью 5 кВт =  5000/300 = 16,66 (17) Солнечные панели мощностью 300 Вт

Сколько мне сэкономит солнечная система мощностью 5 кВт?

На этот вопрос лучше всего ответит пример расчета, показывающий экономию 5 кВт солнечной системы и период окупаемости системы, установленной в Сан-Франциско, Калифорния:

  • Местоположение: Сан-Франциско , Калифорния
  • Размер системы солнечной энергии: 5 кВт
  • Общая стоимость солнечной системы = 17000 долларов США – налоговый вычет 26% = 12580 долларов США
  • Пиковые солнечные часы в Сан-Франциско = 2089.1 Пиковые солнечные часы/год
  • Мощность, производимая солнечной системой мощностью 5 кВт = 2089,1 пиковых солнечных часов x 5 кВт = 10445 кВтч
  • Внутренние затраты на электроэнергию в Сан-Франциско = 25,7 центов/кВтч генерация солнечной энергии = годовая экономия x стоимость электроэнергии = 10445 x 25,7 = 2684 долл. США
  • Время окупаемости затрат на солнечную энергию = стоимость установки / годовая экономия = 12580/2684 = 4,68 года

Сколько солнечных панелей требуется для зарядки аккумулятора емкостью 200 Ач?

Связанные ресурсы:

Инвертор какого размера мне нужен? — Калькулятор размера инвертора

«@context»: «https://схема.орг»,

«@type»: «Страница часто задаваемых вопросов»,

«@id»: «https://diysolarshack.com/how-to-calculate-solar-panel-battery-and-inverter-size/#ContentSchema»,

«заголовок»: «Как рассчитать размер батареи и инвертора солнечной панели — веб-сайт Solar»,

«url»: «https://diysolarshack.com/how-to-calculate-solar-panel-battery-and-inverter-size/»,

«основной объект»: [

{ «@type»: «Вопрос», «name»: «Как излучение влияет на солнечные панели?», «acceptedAnswer»: { «@type»: «Ответить», «text»: «Хотя есть несколько факторов, влияющих на выходную мощность солнечных батарей, излучение или солнечная энергия, безусловно, являются самыми важными.» }} ,

{ «@type»: «Вопрос», «name»: «Какой размер инвертора мне нужен?», «acceptedAnswer»: { «@type»: «Ответить», «text»: «Как правило, инвертор лучше выбирать с такой же номинальной мощностью, что и ваша солнечная батарея. Это связано с тем, что инверторы наиболее эффективны при полной нагрузке.» }} ,

{ «@type»: «Вопрос», «name»: «Как вы рассчитываете мощность солнечной батареи?», «acceptedAnswer»: { «@type»: «Ответить», «text»: «Емкость аккумулятора зависит от того, как долго вы хотите, чтобы аккумуляторы снабжали ваш дом энергией, и от вашего потребления энергии.» }} ,

{ «@type»: «Вопрос», «name»: «Как узнать, сколько батарей мне нужно для моей солнечной системы?», «acceptedAnswer»: { «@type»: «Ответить», «text»: «Используя результат приведенного выше расчета и предполагая, что аккумуляторы глубокого разряда емкостью 200 Ач:» }} ,

{ «@type»: «Вопрос», «name»: «Сколько панелей в солнечной системе мощностью 5 кВт?», «acceptedAnswer»: { «@type»: «Ответить», «text»: «Большие домашние солнечные системы обычно используют более мощные панели мощностью от 200 до 300 Вт. В некоторых системах даже используются панели мощностью 400 Вт и выше!» }} ,

{ «@type»: «Вопрос», «name»: «Сколько мне сэкономит солнечная система мощностью 5 кВт?», «acceptedAnswer»: { «@type»: «Ответить», «text»: «На этот вопрос лучше всего ответит пример расчета, показывающий экономию 5 кВт солнечной системы и период окупаемости системы, установленной в Сан-Франциско, Калифорния:» }}

], «о себе»: [

{«@type»: «Thing», «name»: «Solar_inverter», «sameAs»: «https://ru.wikipedia.org/wiki/Solar_inverter»},

{«@type»: «Thing», «name»: «Battery», «sameAs»: «https://en.wikipedia.org/wiki/Electric_battery»},

{«@type»: «Вещь», «name»: «Размер», «sameAs»: «https://en.wikipedia.org/wiki/Size»},

{«@type»: «Thing», «name»: «Solar», «sameAs»: «https://en.wikipedia.org/wiki/Solar_energy»},

{«@type»: «Thing», «name»: «солнечная панель», «sameAs»: «https://en.wikipedia.org/wiki/Solar_panel»},

{«@type»: «Вещь», «name»: «вычислено», «sameAs»: «https://en.wikipedia.org/wiki/Расчет»},

{«@type»: «Thing», «name»: «site», «sameAs»: «https://en.wikipedia.org/wiki/Website»}

], «упоминает»: [

{«@type»: «Thing», «name»: «policy», «sameAs»: «https://en.wikipedia.org/wiki/Policy»},

{«@type»: «Thing», «name»: «хранилище энергии», «sameAs»: «https://en.wikipedia.org/wiki/Energy_storage»},

{«@type»: «Thing», «name»: «energy», «sameAs»: «https://en.wikipedia.org/wiki/Energy»},

{«@type»: «Вещь», «name»: «хранилище», «sameAs»: «https://en.wikipedia.org/wiki/Хранилище»}

]

}


RENOGY быстро становятся предпочтительным источником для солнечных панелей, комплектов, аккумуляторов и аксессуаров для управления солнечными батареями. Основанная в США , где производятся продукты, они широко известны и уважаемы за инновации и качество .

Проверьте последние цены RENOGY


Как рассчитать батарею солнечной панели и инвертор?

Использование системы солнечных батарей в домашних условиях экономично и безвредно для окружающей среды.Но как выбрать подходящую батарею и инвертор? Кроме того, вас может сильно беспокоить то, как проработать все точные расчеты солнечной панели, аккумулятора, инвертора, а также контроллера заряда.

Ответы на эти вопросы должны быть математическими. Другими словами, вам нужны некоторые конкретные данные о вашей потребности в энергии и определенные процессы расчета, чтобы окончательно узнать характеристики оборудования и компонентов.

Расчеты важны для вас, потому что они помогают построить солнечную систему с лучшими характеристиками.

Как оценить мощность нагрузки?

Если вы планируете установить дома солнечную панель и не беспокоитесь о выборе солнечных батарей, вам необходимо произвести некоторые расчеты, чтобы выбрать правильный аккумулятор, контроллер заряда и инвертор. Первый этап заключается в том, чтобы выяснить, сколько энергии вам нужно.

  • Проще говоря, вам нужно сначала оценить нагрузку, ватты электроэнергии и приблизительные часы работы. Затем вы просто умножаете ватты нагрузки на часы, чтобы получить общую мощность, которая вам нужна.

Например: предположим, что мощность вашей нагрузки составляет 150 Вт, и вам нужно, чтобы модель работала около 8 часов в день, тогда вы можете использовать следующую формулу для расчета:

150 Вт x 8 часов = 1200 Втч (это абсолютная мощность, необходимая для вашей солнечной панели)

  • Но если вы профан в таких математических вопросах, есть более конкретные расчеты:

(1) Определите максимальную мощность или пиковую нагрузку вашего дома. Вам необходимо оценить общую мощность необходимых вам устройств и приборов, начиная от холодильников и ламп и заканчивая ноутбуками и фенами.И некоторые из них могут работать одновременно.

Пример. В комнате две лампочки по 50 Вт и ноутбук на 200 Вт. Общая мощность:

50 Вт x 2 + 200 Вт = 300 Вт

Список энергопотребления типовых бытовых приборов

(2) вам нужно выяснить, сколько часов каждое устройство будет работать каждый день. Затем вы просто умножаете каждую мощность на время работы (часы) и получаете необходимую мощность (ватт-час) в день. Затем вы просто складываете все эти значения, чтобы вычислить сумму энергии вашего дома.

Пример: Вышеупомянутые лампочки должны работать 6 часов в день, а среднее время использования компьютера составляет 3 часа каждый день. Общая стоимость:

 

50 Вт х 2 х 6 + 200 х 3 = 1200 Втч

  • Однако, как мы все знаем, иногда устройства просто не могут работать так эффективно, как было заявлено. Кроме того, некоторым из них может потребоваться больше ватт для запуска в первые несколько минут. Поэтому мы умножим результат на 1,5, чтобы покрыть рабочие ошибки. Итого:

1200 ватт-часов x 1.5 =1800 Втч

Как рассчитать ампер-часы батареи?

Емкость аккумулятора важна для бесперебойной и эффективной работы системы солнечных батарей. Если у вас нет доступа к сети или вы просто хотите сохранить солнечную энергию в аккумуляторе в качестве резервного источника питания на случай чрезвычайных ситуаций.

Мощность солнечной панели

(1) Когда вы вычисляете общую мощность нагрузки вашего дома, вам необходимо сначала оценить все параметры подходящей солнечной панели для удовлетворения ваших потребностей в электроэнергии.Это напрямую связано с лучшими солнечными часами.

Например: предположим, что наилучшее количество солнечных часов в вашем районе составляет примерно 9 часов в день, вы можете получить требуемый размер вашей панели по следующей формуле:

1800 ватт-часов ÷ 9 часов = 200 ватт (200-ваттная солнечная панель)

(2) Но 9-часовое оптимальное время солнечного света — это ультра количество, которое, вероятно, будет достигнуто только летом. Наоборот, в зимнее время стоимость может значительно снизиться, даже вдвое.Таким образом, можно предположить, что наилучшее время солнечного сияния зимой не превышает 5 часов.

Поэтому, чтобы убедиться, что ваша модель может эффективно работать даже при наименьшем солнечном свете, вам необходимо рассчитать мощность в ваттах, используя значение Зима:

1800 ватт-часов ÷ 5 часов = 360 ватт (360-ваттная солнечная панель)

Батарея в ампер-часах

Что касается ампер-часов батареи, вам нужно подумать о том, сколько энергии вы рассчитываете сохранить в своем аккумуляторе в качестве резервной копии. А именно, сколько дней вы хотите, чтобы батарея функционировала без подзарядки? Как правило, это 2-5 дней.

(1) Поскольку мы рассчитали конкретные размеры подходящей солнечной панели, мы можем лучше оценить номинальную мощность батареи в ампер-часах (Ач). И он должен поддерживать работу в любых возможных условиях.

А еще есть аккумуляторы на 12, 24 и 48 В для различных применений. Если вы решите использовать аккумулятор 12 В, вы можете получить параметр по приведенной формуле:

1800 ватт-час ÷ 12 В = 150 ампер-часов

(2) Обычно мы хотели бы добавить батарею с допуском 20%, чтобы гарантировать идеальное использование.Таким образом, вы получаете емкость батареи как:

150 ампер-часов x 1,2 = 180 ампер-часов

Чтобы заряда всегда хватило на дополнительные дни, аккумулятор должен выдерживать двойную нагрузку по сравнению с обычным потреблением. Значит нужно умножить последний результат на 2 и снова умножить на свои дни. Предположим, вы хотите, чтобы ваш блок батарей продолжал работать еще два дня, конечная емкость батареи должна быть:

.

180 ампер-часов x 2 x 2 = 720 ампер-часов

Таким образом, в этом случае вам понадобится батарея 720 Ач, 12 В для вашей системы солнечных панелей.

Как оценить характеристики инвертора?

Спецификация контроллера заряда

Вы можете игнорировать такой компонент, как контроллер заряда, но он также важен для идеальной работы вашей солнечной системы.

Контроллер заряда используется для предотвращения перезарядки вашей модели. Он взаимодействует с солнечными панелями и батареями. Таким образом, он играет важную роль в регулировании солнечной энергии от солнечных панелей до батарей.

(1) Вам нужны уже вычисленные результаты из приведенного выше примера, чтобы рассчитать, насколько большим должен быть ваш удовлетворительный контроллер заряда.Вы можете просто разделить мощность нагрузки солнечной панели на номинальное напряжение батареи.

И так же, как мы сделали с указанными выше параметрами, мы также можем добавить дополнительный допуск, например, 20% к этому значению, тогда мы получим приблизительное представление о спецификации контроллера заряда:

1800 Вт ÷ 12 В = 150 А

150 А x 1,2 = 180 А

(2) Если у вас нет четкого представления о контроллере заряда. Здесь мы поговорим о двух распространенных типах контроллеров заряда: PWM и MPPT.

PWM означает широтно-импульсную модуляцию. По сравнению с MPPT, ШИМ-контроллер намного экономичнее. Но недостаток в том, что это может привести к большим потерям мощности. Согласно данным, при преобразовании может быть потеряно до 60 % мощности.

Причина потери в том, что ШИМ-контроллер ограничен и не может оптимизировать напряжение, подаваемое на батареи. Такое ограничение приводит к тому, что ШИМ-контроллер работает с ошибкой при обслуживании большой системы. Поэтому он подходит для небольших систем.

это сравнение подчеркивает проблему с использованием солнечной панели более высокого напряжения на 12-вольтовой батарее без MPPT

MPPT относится к максимальному отслеживанию PowerPoint. В отличие от ШИМ-контроллера, контроллер MPPT может эффективно оптимизировать напряжение, поступающее от солнечных панелей. В результате энергия, вырабатываемая солнечными панелями, может быть передана в аккумулятор с максимальной скоростью.

Соответственно, MPPT-контроллер имеет КПД 93%-97% при преобразовании мощности. И процесс работы, и автоматически настраивается на пиковую точку мощности быстро для достижения оптимального результата.Так что это модель, которая стоит того, чтобы ее использовать.

Спецификация инвертора

На последнем этапе нам необходимо оценить характеристики инвертора. Поиск подходящего инвертора позволит вашей солнечной системе хорошо работать с батареями и контроллерами заряда. А чтобы не возникало нештатных ситуаций, необходимо рассчитать конкретные размеры инвертора.

Основные компоненты системы солнечных панелей

Хорошая новость заключается в том, что после определения всех этих необходимых параметров оценка параметров инвертора больше не является сложной задачей.

Тем не менее, предположим, что пиковая мощность нагрузки вашего дома составляет 200 Вт, и вам нужен инвертор, чтобы легко справиться с такой мощностью, тогда вам просто нужно купить инвертор мощностью 200 Вт.

Или, если вы хотите немного больше допуска, просто добавьте 20%-25%. Тогда значение будет 240-ватт – 250-ватт.

Заключение

Как мы обсуждали выше, всегда можно научно и точно ответить на вопрос, насколько большая солнечная система нужна вашему дому, какого размера должна быть батарея или какова мощность удовлетворяющего инвертора.

Вам нужно рассчитать все эти характеристики, следуя приведенным формулам. Хотя это математическая проблема, вы все равно можете решить ее, потому что выражения и руководства просты и понятны.

Выбор и определение размеров аккумуляторов, контроллеров заряда и инверторов для автономных систем солнечной энергии

Если вы проектируете систему солнечного электричества и не имеете доступа к сети, вам придется иметь дело с солнечными батареями. После того, как вы решили, какой тип батареи использовать, пришло время определить размер вашей системы.На этом этапе вы столкнетесь с небольшой математикой. К счастью, SolarTown поможет вам в расчетах. В общем, система должна быть достаточно большой, чтобы обеспечить все ваши потребности в энергии в течение нескольких пасмурных дней, но все же достаточно маленькой, чтобы ее можно было заряжать от ваших солнечных батарей. Вот шаги для определения размера вашей системы.

Связанные статьи:

Системы хранения солнечных батарей: если вы не можете отличить свой AGM от своего геля

Автономные солнечные энергетические системы: спасательный круг для цивилизации

Емкость аккумуляторной батареи – расчет потребности в ампер-часах

Размер преобразователя

Чтобы определить размер инвертора, мы должны найти пиковую нагрузку или максимальную мощность вашего дома.Это определяется путем суммирования мощности приборов и устройств, которые могут работать одновременно. Включите все, от микроволновых печей и света до компьютеров и часов. Сумма скажет вам, какой размер инвертора вам нужен. Не забывайте, что некоторые электроприборы при запуске потребляют больше своей номинальной мощности. Номинал инвертора по перенапряжению должен покрывать эти временные увеличения.

  • Пример: В комнате есть две лампочки по 60 Вт и настольный компьютер мощностью 300 Вт. Размер инвертора 60 x 2 + 300 = 420 Вт

Ежедневное потребление энергии

Затем найдите энергию, которую дом использует за день.Выясните, как долго каждое электронное устройство будет работать в часах в день. Умножьте мощность каждого устройства на время его работы, чтобы получить энергию в ватт-часах в день. Сложите все значения ватт-часов, чтобы получить общую сумму для вашего дома. Эта оценка, вероятно, слишком занижена, так как будет потеря эффективности. Чтобы получить приблизительное представление о реальном значении системных потерь, умножьте его на 1,5. Это поможет объяснить снижение производительности при повышении температуры.

  • Пример: Лампочки работают 5 часов в день.Компьютер работает по 2 часа в день. 120 х 5 + 300 х 2 = 1200 ватт-часов. 1200 x 1,5 = 1800 ватт-часов

Дни автономии

Теперь решите, сколько дней энергии вы хотите хранить в аккумуляторе. Как правило, это где-то от двух до пяти.

Емкость аккумуляторной батареи

Наконец, мы можем рассчитать минимальную емкость Ач батареи. Возьмите ватт-часы в день и умножьте их на число, которое вы определили на шаге 3.Это должно соответствовать 50%-ной глубине разряда ваших аккумуляторов. Поэтому умножьте на 2 и преобразуйте результат кВтч в ампер-часы (AH). Это делается путем деления на напряжение батареи.

  • Пример: Вы хотите, чтобы батарея работала три дня без подзарядки, и вы используете 1,8 кВтч в день. Поскольку 1,8 х 3 х 2 = 10,8 кВтч, это мощность, которая нам нужна от батарей. Преобразовывая это в AH, мы должны разделить на напряжение вашей системы. Это может быть 12, 24 или 48 для коммерческого применения.Если мы решим использовать 48 В, минимальная емкость Ач составит 10 800/48 = 225 Ач. Теперь, если вы разделите на рейтинг вашей батареи, вы найдете количество батарей, которые вы должны использовать. Осторожно, это относится только к определенным настройкам проводки.

Связанная статья : Хорошие, плохие и уродливые солнечные инверторы

Контроллеры заряда – не перезаряжайте аккумуляторы!

Размер контроллера заряда — это следующий шаг при определении размера вашей системы. Поскольку вы, вероятно, еще не сталкивались с этими компонентами, мы кратко обсудим их.Если вы хотите сразу перейти к расчету контроллера заряда, перейдите к разделу Расчет.

Обзор

Контроллеры заряда регулируют мощность, поступающую от солнечных панелей к батареям. Они являются ключевой частью любой автономной системы и предотвращают перезаряд аккумуляторов. Мы обсудим два типа контроллеров заряда: PWM и MPPT.

Контроллеры

PWM (широтно-импульсная модуляция) дешевле, чем MPPT, но создают большие потери мощности. Может быть потеряно до 60% мощности.Это связано с тем, что ШИМ-контроллеры не оптимизируют напряжение, подаваемое на батареи. Это ограничение делает ШИМ-контроллер плохим выбором для большой системы. Однако в небольших системах их низкая цена делает их приемлемым вариантом.

Контроллеры

MPPT (Maximum Power Point Tracking) оптимизируют напряжение, поступающее от солнечных панелей, чтобы максимальное количество энергии передавалось в аккумуляторную батарею. Точка максимальной мощности или оптимальное напряжение преобразования будет колебаться в зависимости от интенсивности света, температуры и других факторов.Процесс цифровой оптимизации, выполняемый контроллером MPPT, быстро находит точку максимальной мощности и настраивается на нее. Для этого в контроллерах MPPT необходима сложная электроника, чем и объясняется их высокая цена. Тем не менее, существует значительная отдача: контроллеры MPPT имеют эффективность преобразования мощности на 93-97%.

Расчет

После того, как вы определите размер аккумуляторной батареи и массива солнечных панелей, определить, какой контроллер заряда использовать, будет сравнительно просто.Все, что нам нужно сделать, это найти ток через контроллер, используя мощность = напряжение x ток. Возьмите мощность, вырабатываемую солнечными панелями, и разделите на напряжение аккумуляторов. Например:

  • Пример: Солнечная батарея вырабатывает 1 кВт и заряжает батарею на 24 В. В этом случае размер контроллера составляет 1000/24 ​​= 41,67 ампер. Введите коэффициент безопасности, умножив найденное значение на 1,25, чтобы учесть переменную выходную мощность: 41,67 x 1,25 = 52,09 ампер

В нашем примере нам потребуется как минимум контроллер на 52 ампера.Контроллер заряда Flex Max MPPT-FlexMax 60 соответствует нашим спецификациям.

Проводка аккумуляторной батареи – все вместе

Проводка будет играть важную роль в определении количества необходимых вам батарей. Целью этого последнего шага является получение целевых значений AH и напряжения. Существует два способа соединения компонентов в цепи: параллельный и последовательный. На следующих диаграммах синие батареи соединены параллельно, красные батареи — последовательно. В последовательном соединении напряжения аккумуляторов складываются, а в параллельном — увеличиваются токи.

Последовательное и параллельное соединения можно комбинировать для получения требуемого напряжения и ампер-часов. Просто помните:                        

Серия

    →      напряжение увеличивается, ток – нет

Параллельно  →      ток  добавляется, напряжение не увеличивается

Мы хотели бы отметить, что параллельные подключения должны быть сведены к минимуму, так как они могут сократить срок службы батареи. Если бывшая в употреблении батарея подключена параллельно к новой, это приведет к деградации более свежей батареи, и срок службы всей системы уменьшится.Эта характеристика заставила некоторых сделать вывод, что идеальный блок батарей должен состоять из длинной линии батарей, соединенных последовательно. К сожалению, это не всегда возможно из-за требований системы к напряжению и Ач.

Как мы упоминали ранее, не всегда легко узнать, сколько батарей вам нужно для питания вашего дома. Это связано с тем, что конфигурация проводки оказывает огромное влияние на выходную мощность аккумуляторной батареи. Поэтому всегда проектируйте свою систему хранения, прежде чем покупать какие-либо компоненты! Если вам нужна дополнительная информация о проводке аккумулятора, посетите этот веб-сайт.

Как рассчитать характеристики солнечной панели, аккумулятора и инвертора — ShopSolarKits.com

Содержание

Посмотреть больше/меньше

Обзор популярных продуктов

Комплекты для солнечных генераторов


Просмотрите нашу коллекцию полных комплектов для солнечных генераторов.

Обзор

Индивидуальные солнечные комплекты


Просмотрите автономные системы солнечной энергии, доступные сегодня.

Обзор

Продажи и рекламные акции


Ознакомьтесь с нашими праздничными предложениями
на 2021 год здесь!

Обзор

Расчет ваших потребностей в солнечной энергии и выбор необходимого солнечного оборудования — один из самых важных шагов, которые вам необходимо предпринять при создании любой системы солнечной энергии.

В то время как некоторые люди считают, что единственный расчет, который вам нужно сделать, это купить солнечные панели с номинальной мощностью, которая в сумме соответствует желаемому количеству электроэнергии, есть и другие важные расчеты, которые вы должны сделать. Во-первых, так же важно, чтобы ваши батареи, инвертор мощности и контроллер заряда также работали вместе. Если все не совпадает и не совместимо, ваша свежесобранная солнечная энергетическая система не будет работать эффективно или вообще не будет работать.

Вот почему мы здесь, чтобы помочь вам выбрать правильное солнечное оборудование для ваших конкретных потребностей в энергии.Мы объясним, как можно быстро рассчитать, сколько солнечных панелей вам понадобится и какого типа они должны быть. Оттуда мы объясним, как рассчитать ампер-часы солнечной батареи и выбрать подходящий контроллер заряда и инвертор мощности.

Как только вы узнаете, какое оборудование вам понадобится, вы сможете собрать эффективную солнечную энергетическую систему, которая действительно удовлетворит ваши потребности в электроэнергии.

Оценка необходимой мощности

Первый шаг, который вам необходимо сделать перед покупкой любого солнечного оборудования, — это рассчитать, сколько энергии вам действительно понадобится.В большинстве случаев это включает в себя оценку мощности нагрузки.

Ваша нагрузка — это общее количество электроэнергии, необходимое для питания устройств или приборов, которые вы планируете использовать с помощью солнечной энергии. Правильный расчет потребления нагрузки является важным шагом в правильном определении размеров каждого компонента вашей солнечной энергетической системы.

Вам нужно будет приобрести солнечные панели, которые могут удовлетворить эти требования к нагрузке, контроллер заряда, который может правильно регулировать это количество электроэнергии, инвертор мощности, совместимый с требованиями системы, и солнечные батареи глубокого цикла, которые действительно способны накапливать это количество. количество энергии.

Мощность нагрузки:

Для простоты предположим, что вы ищете питание для устройства, потребляющего 100 Вт в течение 10 часов в день. Затем вы должны выполнить простой расчет, чтобы получить ватт-часы или Втч для этой конкретной нагрузки. В этом случае уравнение будет таким: 100 ватт x 10 часов = 1000 ватт-часов.

Если бы это было все, что вы планировали обеспечить энергией с помощью вашей солнечной энергосистемы, вам потребовалось бы достаточное количество солнечных панелей для выработки 1000 Втч в день.

Для получения более подробной информации о том, как сложить свои потребности в ватт-часах солнечной энергии, взгляните на наш Ultimate Off-Grid Solar ватт-час Калькулятор.

Определение требований к солнечным панелям:

После того, как вы рассчитаете нагрузку в ватт-часах, вам нужно будет определить тип и количество солнечных панелей, которые вам потребуются для удовлетворения предполагаемой потребности в нагрузке.

Солнечным панелям присваивается номинальная мощность в ваттах в зависимости от количества электричества, которое они могут произвести за один час прямого солнечного света.Итак, если вы подсчитали, что вам нужно 1000 Втч для удовлетворения ваших требований к нагрузке, 100-ваттная солнечная панель, которая подвергалась воздействию прямых солнечных лучей в течение 10 часов, будет работать. (1000 Втч / 10 часов = солнечная панель мощностью 100 Вт)

Однако вам необходимо учитывать реальное количество солнечного света, которое ваши солнечные панели получают в день. Все, от облаков в небе до конкретного времени года, когда используется солнечная панель, будет влиять на количество солнечного света, которое солнечная панель может поглощать каждый день.

При расчете количества солнечного света, получаемого вашими солнечными панелями в день, всегда будьте осторожны, чтобы не переоценить его.Предположим, что будут пасмурные дни, и учтите, где вы живете, и различное количество солнечного света, которое ваше местоположение получает в течение года.

После того, как вы рассчитаете свои потребности в нагрузке и получите разумную оценку среднего дневного солнечного света, получаемого в вашем регионе, вы можете начать покупать солнечные панели. Просмотрите нашу полную коллекцию солнечных панелей, и вы найдете широкий выбор высококачественных солнечных панелей с различной номинальной мощностью.

Рассчитайте потребность в батареях

После того, как вы рассчитали свои потребности в энергии и узнали количество и тип солнечных панелей, которые вам понадобятся, вы должны рассчитать свои потребности в хранении.

Чтобы правильно выбрать солнечные батареи, вам необходимо рассчитать номинальную мощность в ампер-часах/Ач, которая необходима вашим батареям для соответствия условиям нагрузки. Для этого вы рассчитаете это число, разделив ватт-часы на вольты.

Предполагая, что вы планируете использовать 12-вольтовые солнечные панели и 12-вольтовые батареи, вы должны разделить свои 1000 Втч на 12 В, чтобы получить в общей сложности 83 Ач. Таким образом, в этом примере солнечная батарея глубокого цикла емкостью 100 Ач 12 В сможет удовлетворить ваши требования к хранению.

Солнечные батареи глубокого цикла: Солнечные батареи глубокого цикла

специально разработаны, чтобы выдерживать повторяющиеся циклы зарядки и разрядки, которые происходят, когда вы имеете дело с солнечной энергией.Вы можете соединить несколько солнечных батарей вместе либо последовательно, либо параллельно, чтобы получить разное напряжение и суммарную емкость.

Для получения дополнительной информации о солнечных батареях, а также полного списка опций, которые мы предлагаем, просмотрите нашу полную коллекцию солнечных батарей глубокого цикла. Мы предлагаем широкий ассортимент высококачественных солнечных батарей от лучших производителей солнечной энергетики.

Тем, кто ищет прочную и надежную литий-ионную солнечную батарею по доступной цене, мы всегда рекомендуем аккумулятор глубокого разряда BattleBorn 100 Ач 12 В.Он не только предлагает встроенную систему управления батареями, но и имеет 10-летнюю гарантию.

Оценка характеристик контроллера заряда для вашей системы

На этом этапе стоит подчеркнуть, что количество энергии, которую могут генерировать ваши солнечные батареи, будет расти, а также падать. Вот почему вам понадобится контроллер заряда с соответствующими характеристиками для вашей солнечной панели и аккумуляторной батареи.

Контроллеры заряда

предотвращают перезарядку, которая может привести к необратимому повреждению аккумуляторов в вашей системе.Лучшие контроллеры заряда также предотвращают обратный поток тока от аккумуляторов к солнечным панелям, что может происходить ночью, когда солнечные панели не производят электричество.

Чтобы выбрать правильный контроллер заряда для ваших солнечных панелей и аккумуляторных батарей, вам необходимо оценить характеристики тока или силы тока ваших солнечных панелей. Вы можете рассчитать это, разделив номинальную мощность ваших солнечных панелей на напряжение.

Например, солнечная панель мощностью 100 Вт / 12 В = 8.3 ампера.

При выборе контроллера заряда всегда можно немного округлить; однако вы не хотите оставлять слишком много места, иначе вы рискуете перезарядить аккумуляторы. В нашем текущем примере контроллер заряда на 10 А справился бы с задачей.

Если вы ищете контроллер заряда, мы рекомендуем вам просмотреть нашу коллекцию контроллеров заряда. У нас есть широкий выбор контроллеров заряда MPPT и PWM, и мы предлагаем все, от контроллеров 8A до блоков 80A.

Оценка требуемых технических характеристик преобразователя мощности для вашей системы

Последним элементом оборудования, для которого необходимо рассчитать технические характеристики, является инвертор мощности.Проще говоря, инвертор мощности преобразует мощность постоянного тока, генерируемую солнечными панелями, в более практичную мощность переменного тока, что требуется большинству электронных устройств и приборов.

Поскольку к этому моменту вы уже знаете максимальную мощность нагрузки, вам следует выбрать инвертор мощности, способный комфортно работать с этой мощностью.

В нашем примере максимальная мощность нагрузки составляет 100 Вт, а это означает, что вам просто нужно выбрать инвертор мощности с номинальной мощностью 100 Вт или чуть выше, так как бывают пики.

Вы также должны учитывать номинальное напряжение выбранного вами инвертора мощности, так как важно, чтобы номинальное напряжение вашего инвертора мощности соответствовало напряжению вашей аккумуляторной батареи. Таким образом, если вы использовали аккумуляторную батарею на 12 В как часть вашей солнечной энергосистемы, вам нужно будет купить инвертор на 12 В постоянного тока, так как это позволит вашему инвертору преобразовывать эту мощность постоянного тока 12 В в мощность переменного тока 12 В.

Правильный выбор преобразователя мощности:

Для получения дополнительной информации о силовых инверторах, а также полного списка всех опций, которые мы предлагаем, не стесняйтесь просматривать нашу полную коллекцию инверторов солнечной энергии.

Приобретение полного комплекта солнечной энергии

Если вы хотите избавить себя от головной боли, связанной с обеспечением совместимости всех ваших солнечных компонентов и их эффективной совместной работы, вы всегда можете приобрести полный комплект солнечных батарей.

Солнечные комплекты не только являются отличной идеей для начинающих, тот факт, что оборудование идет в комплекте, означает, что они могут быть предложены по сниженным ценам. В большинстве случаев отдельные элементы оборудования предлагаются по гораздо более низким ценам в составе комплекта, чем если бы вы хотели приобрести их по отдельности.

Полный комплект солнечной энергии включает в себя все необходимое, включая солнечные панели, контроллер заряда, инвертор мощности, солнечную батарею глубокого цикла, а также все кабели и разъемы, необходимые для соединения всего вместе.

Тем, кто хочет приобрести недорогой комплект для солнечных батарей, содержащий высококачественные компоненты, мы рекомендуем обратить внимание на нашу коллекцию комплектов для солнечных батарей Renogy. Каждый комплект был собран таким образом, чтобы обеспечить идеальный баланс между удобством, производительностью и доступностью.Они также доступны в широком диапазоне номинальных мощностей, так что вы можете найти именно то, что вам нужно.

Заключительные слова

Если у вас есть какие-либо вопросы по сборке собственной солнечной энергосистемы или расчету характеристик мощности для конкретных единиц солнечного оборудования, вы можете связаться с нами в любое время со своими вопросами!

 

Как точно определить размер батареи для солнечной энергии?

Автономное снабжение солнечной энергией в последние годы стало популярным выбором для бытового, промышленного и муниципального использования.Несмотря на то, что существуют разные механизмы хранения солнечной энергии, метод определения размера батареи, необходимой для дома или коммерческой недвижимости, остается одним и тем же. Как правило, процесс определения размера батареи выполняется путем определения нагрузки батареи и времени автономной работы.

Примечательно, что нам необходимо сделать некоторые поправки на эффективность компонентов в системе при изменении энергии от входного источника до желаемой формы. Для определения точной емкости батареи для системы нам также необходимо учитывать различные факторы, такие как размер отдельной нагрузки, общая нагрузка, а также индивидуальное время работы.

Автономность (H) в часах

Это относится к времени, в течение которого батарея работает без подзарядки. Каждая нагрузка имеет собственную автономию, и они могут быть помечены как h2, h3, h4 и т. д.

Факторы, которые следует учитывать при выборе размера батареи

Расчет требуемой мощности батареи солнечной системы требует детального подхода, который должен учитывать потери напряжения в системе. Кроме того, мы должны понимать, что емкость солнечной батареи меняется в зависимости от температуры – чем ниже значение температуры, тем ниже емкость.Кроме того, чем выше рабочая температура аккумулятора, тем короче будет его срок службы.

Определение общей и средней нагрузки

Это можно сделать, оценив его значение по номиналу оборудования, а также непосредственно измерив нагрузку.

Использование средней нагрузки для оценки доступной емкости батареи

Расчет средней нагрузки может быть выполнен с учетом таких факторов, как неэффективность, время работы, время, когда они возникают в состоянии разрядки, и пиковая нагрузка.Как только это будет сделано, можно будет узнать доступную емкость батареи.

Стоит отметить, что размер солнечной батареи зависит от входа, необходимого для зарядки батареи. Кроме того, зарядному устройству требуется достаточный выходной ток для подзарядки аккумулятора до момента, когда он может завершить период автономной работы.

Читайте также: Чистое, экологичное и доступное комбинированное будущее солнечной батареи ждет Индию

Еще один фактор, который стоит учитывать, — это эффективность зарядного устройства и аккумулятора.Эффективность зарядного устройства будет зависеть от потерь преобразования от источника питания, и дополнительные потери будут возникать в результате изменения напряжения зарядки и разрядки аккумулятора.

Полезная формула для поиска энергии выглядит следующим образом:

Энергоэффективность в ватт-часах = Ампер x Вольт x время

Кулоновский КПД в ампер-часах = Ампер x время

Размер солнечной батареи и зарядного устройства

Размер солнечной батареи можно точно определить после того, как будут определены требования к выходной мощности и характеристики перезарядки.

Всего ватт, включая неэффективности, удаленные из батареи = общее количество ватт, включая неэффективности, добавленные к батарее.

Размер батареи = ((Время * Общая мощность) / (Напряжение батареи * Доля емкости)) * (Температурная компенсация)

Другими факторами, влияющими на значение необходимого размера батареи, являются температура окружающей среды и глубина разрядки и перезарядки, чтобы определить жизненный цикл и время перезарядки для работы батареи.

Емкость батареи может быть выражена дробью.Например, если минимальное значение SOC/состояние заряда составляет двадцать процентов, а максимальное значение — девяносто процентов, то доля емкости составляет 75 % или 0,75.

Читайте также: Шаги по доливке воды в инверторный аккумулятор – что нужно и чего нельзя делать

Обратите внимание, что для бесперебойной работы к окончательному ответу из формулы расчета размера батареи добавляется непредвиденный случай +5%.

Практический результат  

 Если вы находите этот метод расчета солнечной батареи утомительным или трудоемким, то вы всегда можете получить точные значения из здесь , простого в использовании калькулятора размера солнечной батареи.

Калькулятор производительности солнечной батареи

|

Выбор правильного размера батареи наиболее важен для получения максимальных преимуществ от вашей системы солнечной энергии. На этот выбор влияет ряд внутренних факторов. В результате оценка производительности системы перед покупкой может оказаться сложной задачей. В первую очередь солнечные батареи используются для обеспечения независимости от сети и/или аварийного резервирования. Хотя полная независимость от сети в настоящее время не является экономичной или надежной, аккумуляторы могут обеспечить существенное сокращение использования сети, сводя ваши счета за электроэнергию к минимуму.Кроме того, солнечные батареи постепенно становятся жизнеспособной модификацией для улучшения фотоэлектрических систем из-за их падающих цен. Основываясь на многолетнем опыте работы в солнечной промышленности, мы создали калькулятор производительности солнечной батареи.

Факторы, влияющие на аккумуляторные системы

Существует ряд факторов, которые могут повлиять на выбор оптимальной системы хранения для ваших нужд. Общее понимание этого помогает в осуществлении информированной установки. К наиболее важным факторам относятся:

  1. Среднее потребление электроэнергии в день
  2. Размер солнечной фотоэлектрической системы и ориентация установленных панелей
  3. Схема использования электроэнергии – период времени, когда вы используете наибольшую мощность.

Общие схемы электроснабжения в Австралии включают двойной пик, вечерний пик, высокий день и вечер. Точно так же дневной и ночной паттерны. Однако предположение о модели «двойного пика» дает довольно консервативную оценку для большинства жилых сценариев. Используя калькулятор производительности солнечной батареи, вы сможете определить доступную энергию, которую можно запасти в вашем доме. Кроме того, вы можете рассчитать годовую экономию, достижимую с аккумуляторной системой и без нее.

Калькулятор производительности солнечной батареи

Основными входными данными являются местоположение, среднее потребление энергии, размер солнечной системы. Конечно, размер батареи также влияет на производительность. Для каждой комбинации этих входных данных калькулятор предоставляет вам годовую экономию и окупаемость с аккумуляторной системой и без нее; график потока мощности; и энергия, доступная для хранения в вашем доме/бизнесе. По умолчанию остальные поля ввода заполняются калькулятором автоматически, и при необходимости вы можете это изменить.В заключение, калькулятор поможет вам подвести итоги финансовой экономии и окупаемости, если вы решите добавить аккумуляторную батарею к фотоэлектрической системе на крыше.

Примечание. Для полной функциональности просмотрите калькулятор в среде настольного компьютера/планшета.

Как определить размер вашей системы солнечных батарей для круглосуточной работы днем ​​и ночью

14 октября 2020 г. в Советы
Теги: Аккумуляторные батареи, Сетевой, Местный поставщик солнечной энергии, Вне сети, Жилой, Тесла


Последнее изменение: 20 октября 2020 г., 23:43

Если вы хотите установить солнечную батарею с системой резервного питания во Флориде , ее правильный размер очень важен для удовлетворения ваших ожиданий производительности.Если вы недооцениваете количество кВтч, необходимое для питания ваших нагрузок в течение ночи, и можете проснуться в темноте в поту — вам лучше иметь большую емкость аккумулятора, чем не хватать . Еще одним ключевым параметром для расчета является выходная мощность переменного тока (или ампер), необходимая, когда ваша солнечная система работает в «автономном режиме», все батареи имеют разные выходы с сетью или без нее. Правильный размер — это первый шаг нашей консультации по солнечным батареям, затем — качественный дизайн с использованием надежного оборудования и, наконец, лучший способ покупки.

Вопрос, который задают многие новые владельцы солнечных батарей: « Какой размер системы солнечных батарей мне нужен ?». Вот ответ:

Какой размер солнечной батареи мне нужен?

Лучший способ получить ответы на все ваши вопросы — записаться на консультацию. Во время консультации мы оценим ваше использование и подберем индивидуальное решение для солнечной батареи для вашего дома.

Принимая во внимание погодные условия, температуру и пиковую потребляемую мощность, мы учитываем 3 важных фактора в наших гибридных системах на основе солнечных батарей.Вам нужно достаточное время автономной работы в вашем аккумуляторе для питания ваших нагрузок в условиях низкой освещенности/ночью, а также надлежащий выход переменного тока для нагрузок. Недостаточное значение выходного переменного тока может привести к срабатыванию инвертора батареи при перегрузке и/или вызвать проблему перегрузки по току, что приведет к потере мощности и возможному повреждению вашего оборудования. Многие батареи «из коробки» имеют ограничения по выходной мощности, которые не удовлетворяют требованиям, предъявляемым при разрядке батареи. Наша консультация оценивает ваши потребности, определяя размер вашей солнечной батареи и батареи, чтобы обеспечить надлежащее время работы, соответствующее усилителям для питания ваших нагрузок, когда они вам нужны больше всего.

Шаг первый: размер солнечной батареи

Солнечная батарея должна быть достаточно большой, чтобы компенсировать использование коммунальных услуг и зарядить батарею. Для оптимальной работы в условиях низкой освещенности рекомендуется немного увеличить размер солнечной батареи. Мы всегда говорим: «Лучше иметь больше, чем не хватать».

Проверьте свой счет за электроэнергию

Если ваш дом подключен к сети, определить ежедневное потребление кВтч довольно просто, и это можно сделать с помощью счета за электроэнергию и нашего инструмента для расчета. Размер вашей солнечной батареи по кВтч намного точнее, чем сумма ежемесячного счета в долларах.

Используйте наш инструмент для определения размера солнечной системы

Инструмент для определения размеров нашей солнечной системы