Выбор автономной солнечной системы электроснабжения. Расчет фотоэлектрической системы
Наша компания занимается системами автономного солнечного энергообеспечения, предназначенными для электроснабжения загородных домов, коттеджей, дач, водоподъемных установок, промышленных предприятий. Мы осуществляем полный цикл работ по созданию автономных и энергосберегающих систем, включая расчет необходимой мощности Вашей системы, подбор необходимого оборудования, доставку и монтаж системы.
В ясную солнечную погоду на 1 квадратный метр земной поверхности попадает приблизительно 1000 Ватт солнечной энергии. Поступление данного вида световой энергии характеризуется неравномерностью, зависит от облачности, климата данной местности (в некоторых местах земного шара солнце светит 320-350 дней в году, а в других солнце практически не показывается). Поэтому, прежде, чем сделать выбор в пользу той или иной энергосистемы, необходимо тщательно просчитать все варианты применительно к Вашим конкретным условиям.
Комплектация солнечной электростанции может быть различной в зависимости от требований и пожеланий заказчика, требуемой мощности, расположения и т.д.
Какую систему выбрать: полностью автономную или соединенную с сетью? Выбор будет зависеть как от Ваших финансовых возможностей, так и требований к системе.
Система с аккумуляторными батареями обычно дороже на 30-40%, чем система,соединенная с коммунальной сетью и работающая без аккумулятора. Если экономический фактор для Вас важен, то необходимо учесть и стоимость подключения к электрическим сетям: она может сильно разниться в зависимости от удаленности Вашего участка от сетей централизованного электроснабжения. При выборе системы не будет лишним сравнить предварительно цены от поставщиков солнечных батарей и цены от энергосетей. Если для Вас более важна независимость от сетей и проблем, связанных с их надежностью, то полностью автономная система будет для Вас лучшим выбором. Хотя в этом случае Вам придется смириться не только с довольно высокими первоначальными инвестициями денег и времени, необходимыми для установки автономной системы, но и последующими регулярными тратами для поддержания Вашей солнечной электростанции в рабочем состоянии.
Если же для Вас приоритетом является снижение потребления электроэнергии от сетей, но в то же время без потери преимуществ пользования ими, то автономная солнечная электростанция с подключением к сетям централизованного электроснабжения – это то, что Вам нужно.
Наиболее разумным решением, если к Вашему участку уже подведена сеть электроснабжения, будет не отключаться от сети, хотя в каждом конкретном случае подход должен быть индивидуальным. Так, если в Вашем районе коммунальные сети не принимают избыток вырабатываемой индивидуальными электростанциями энергии либо стоимость электроэнергии от сетей очень высока, то подключение к сетям нецелесообразно.
Если же особых причин отключаться от сетей нет, то лучше применять системы, комбинирующие сети с солнечными батареями. Подобное решение позволит Вам пользоваться всеми преимуществами солнечных электростанций, не наносить ущерба окружающей среде и, в то же время, иметь источник резервного электроснабжения.
Эффективность фотоэлектрической системы зависит от уровня солнечной радиации. Основной составляющей фотоэлектрических систем являются модули, в которые объединяются фотоэлементы. Модули бывают рассчитаны на любое напряжение, вплоть до нескольких сотен вольт. Если в системе имеются нагрузки переменного тока, то для преобразования в переменный ток в состав системы вводят инверторы. При выборе фотоэлементов для Вашей автономной солнечной энергосистемы необходимо знать КПД того или иного вида фотоэлементов. КПД фотоэлемента представляет собой отношение энергии, попадающей на фотоэлемент к электроэнергии, поступившей к электронагрузкам. Для владельцев автономных фотоэлектрических систем важно знать практическую величину коэффициента полезного действия (существуют также теоретическая и лабораторная величины КПД). Ниже приведены значения практического КПД фотоэлементов промышленного производства:
-фотоэлементы из монокристаллического кремния: 16-17%;
-фотоэлементы из поликристаллического кремния: 14-15%;
-фотоэлементы из аморфного кремния: 8-9%.
Если Вы сделали свой выбор, то можно приступать к расчету параметров Вашей автономной солнечной электростанции. Под расчетом подразумевается определение номинальной мощности солнечных модулей, необходимого их количества, емкости аккумуляторных батарей, мощности инвертора и контроллера заряда-разряда АБ.
Расчет фотоэлектрической системы
Вкратце о принципе работы системы: солнечной батареей производится генерирование электрического тока в дневное время и с помощью контроллеров заряжается аккумуляторная батарея (АБ). Уровень заряда АБ контролируется автоматически. С помощью инвертора происходит преобразование постоянного напряжения аккумуляторной батареи в переменное 220В.
Расчет требуемых параметров и подбор необходимых компонентов следует начинать с предварительного составления списка всех предполагаемых нагрузок с указанием их мощности и среднего времени работы каждой из них в течение суток. Мощность каждого потребителя обычно указывается в паспорте изделия.
Затем рекомендуется сократить этот список за счет количества каждого из видов нагрузки, уменьшения количества особо энергоемких приборов, что позволит уменьшить как первоначальную стоимость Вашей энергосистемы, так и затраты на ее последующую эксплуатацию. Оставшиеся приборы желательно выбрать энергосберегающие (так, для освещения лучше применять светодиодные лампы). Люминесцентные лампы потребляют электроэнергии в 5 раз меньше, чем обычные лампы накаливания. Электробытовые приборы также рекомендуется приобретать, рассчитанные на постоянное напряжение. Что нам это даст?
-уменьшение энергопотерь в инверторе, доходящее до 10 процентов;
-исключение инвертора из схемы электроснабжения(при всех нагрузках постоянного тока) и, как следствие, экономия на его стоимости;
-повышение надежности всей системы (чем меньше звеньев в схеме, тем выше надежность);
-повышение безопасности системы, поскольку отсутствует переменный ток высокого напряжения 220В;
-исключение потерь энергии при двойном преобразовании напряжения, имеющее место при использовании адаптеров.
Ниже приведена таблица примерного энергопотребления и мощности наиболее распространенных электробытовых приборов:
Следующим шагом в расчете фотоэлектрической системы будет подсчет общего суточного энергопотребления системы. Мощность каждого из приборов умножается на количество аналогичных приборов (одного типа и мощности) и среднесуточное время работы данного прибора. Сумма полученных произведений в кВт. ч и есть суточное энергопотребление системы. Рассмотрим пример расчета энергопотребления. Пусть имеется телевизор с мощностью в 60Вт, работающий 3 часа в сутки, пять энергосберегающих ламп, мощностью 11Вт каждая, работающие по 3 часа в сутки и холодильник с суточным энергопотреблением 2400 Вт.ч.
60Вт х 3 часа + 11Вт х 5шт х 3 часа + 2400Вт.ч = 2745Вт.ч =2.7кВт.ч.
Месячное энергопотребление составит 82.4 кВТ.ч
Расчет необходимо производить отдельно для нагрузок, использующих постоянный ток, и отдельно для нагрузок переменного тока, поскольку нужно будет учитывать и потери в инверторе, составляющие 5-10%.
Затем необходимо рассчитать емкость и количество аккумуляторных батарей, выбрать тип батареи. Желательно использовать герметичные необслуживаемые свинцово-кислотные аккумуляторы, обладающие наибольшей эффективностью и более высокими электрическими характеристиками, а также большим сроком службы в сравнении с обычными батареями.. Термин «необслуживаемые» означает, что такие аккумуляторные батареи не требуют добавления электролита в процессе эксплуатации.
Также необходимо определить, какое количество энергии Вам необходимо получать от аккумуляторной батареи. Как правило, это определяется количеством дней в течение которых нагрузки будут работать от аккумулятора без его дополнительной подзарядки.
Необходимо также учитывать особенности работы именно данной системы электроснабжения (если Вы планируете посещать загородный дом только по выходным и праздничным дням, то аккумуляторную батарею целесообразнее устанавливать большей мощности, рассчитанной на подзарядку в течение недели). Если же у Вас комбинированная система электроснабжения, в которую уже входит дизель- или бензогенератор и Вы просто добавляете фотоэлектрические модули для увеличения мощности системы, то в этом случае можно выбрать аккумуляторную батарею меньшей, чем расчетная, емкости, поскольку подзарядить ее Вы сможете в любой момент.
После подсчета суточного энергопотребления системы необходимо определить емкость аккумуляторных батарей. Для этого подбирается номинальное напряжение блока аккумуляторных батарей и задается количество «пасмурных» дней (дней, в которые солнечная система будет работать только от аккумуляторов). Номинальное напряжение может составлять 12В, 24В, 48В и т.д., т. е. должно быть кратно 12В. Основными критериями выбора номинального напряжения блока АБ являются:
1)наличие электронагрузок постоянного тока;
2)общая мощность системы. Чем больше мощность системы, тем выше должно быть номинальное напряжение блока АБ. Для маломощных систем (меньше 1 кВт) возможно применение аккумуляторной батареи с номинальным напряжением 12В. Подбор аккумуляторных батарей в зависимости от общей мощности системы обеспечивает более эффективную работу инверторов и способствует уменьшению токов, протекающих через контроллер, инвертор и соединительные кабели.
Также следует учитывать тот факт, что срок службы аккумуляторной батареи напрямую зависит от глубины разряда, которая должна составлять не более 50-60% от емкости АБ. Количество энергии, накопленной в АБ, рассчитывается умножением емкости аккумуляторной батареи на ее номинальное напряжение.
Величина суточного энергопотребления, умноженная на количество, так называемых,«пасмурных» дней, как раз и должна составить эти 50-60% от емкости.
Например, количество «пасмурных» дней, т. е. дней без подзарядки от солнечных батарей, составляет 3 дня.
Полученную в нашем случае величину суточного энергопотребления 2.7кВт.ч умножаем на 3 и делим на 0.5.
2.7кВт.ч х 3 : 0.5 = 16.2кВт.час.
Это то количество энергии, которое должно быть в полностью заряженной аккумуляторной батарее.
Потери в аккумуляторной батарее при различных температурах учитываются с помощью специальных температурных коэффициентов. Этот коэффициент учитывает уменьшение емкости АБ при понижении температуры окружающей среды в помещении, где размещены аккумуляторные батареи.