Рассчитываем мощность солнечных батарей
В технических характеристиках солнечных панелей всегда указывается показатель мощности. Но реально в течение дня столько энергии вы не получите, если они установлены статично под одним углом. Чтобы рассчитать мощность солнечных батарей, понадобится лишь несколько переменных.
От чего зависит мощность солнечных панелей
Фотоэлементы из разных материалов имеют различные показатели производительности. Так наиболее эффективно работают монокристаллические панели за счёт того, что сделаны из цельного кристалла кремния. За ними идут поликристаллические, в основе которых переработанные мелкие кристаллы. Кроме того встречаются тонкоплёночные модели, которые могут изготавливаться из самых разнообразных материалов, но иметь невысокую мощность в угоду гибких свойств.
Самые искушённые могут прокачать солнечную электростанцию, чтобы получать максимум энергии в течение дня. В идеале можно использовать трекеры, которые будут перемещать панели вслед за солнцем, чтобы они как можно дольше находились под прямыми лучами. Ещё одно полезное решение — это система охлаждения для фотоэлементов, позволяющая поддерживать оптимальную температуру их поверхности.
Что означает номинальная мощность солнечных панелей?
Когда вы покупаете солнечные панели, то одна из основных характеристик, которую вы видите в описании к той или иной модели, — номинальная мощность, выраженная в ваттах. Обычно она варьируется в диапазоне от 100 Вт до 400 Вт у одной панели. Этот показатель — номинальная мощность — говорит о максимальном количестве электричества, которое солнечная панель может поймать при идеальных условиях.
Тем не менее, номинальная мощность не указывает на то, что панель будет всегда генерировать именно такой объем электричества. Этот показатель важен, если вы сравниваете различные модели солнечных панелей, но фактическая мощность будет меняться, в зависимости от объема прямого солнечного света, который получит панель, а также от температуры, эффективности работы панели и прочих факторов.
В целом, номинальная мощность солнечной панели — это вполне конкретный показатель того, сколько электричества может произвести панель. Эту характеристику следует принимать во внимание, выбирая нужную модель солнечных панелей под свои нужды, а также определяя, сколько панелей вам в итоге понадобится.
Что означает номинальная мощность?
Как уже было сказано, номинальная мощность означает, сколько электричества солнечная панель может вырабатывать при оптимальных условиях. Другими словами, именно такую мощность она выдаст при прямом падении солнечных лучей на ее поверхность, при идеальной температуре окружающей среды и при идеальном расположении панели под нужным углом.
К примеру, предположим, что мы купили жесткую солнечную панель EcoFlow на 400 Вт. Ее номинальная мощность показывает, что она будет вырабатывать эти 400 Вт при падении на нее прямых солнечных лучей без каких-либо препятствий на пути и при идеальной температуре.
Однако на практике идеальные условия складываются далеко не всегда. Различные факторы влияют на то, что ваша панель на 400 Вт по факту будет генерировать меньше электричества, чем заявлено в номинальной мощности. Возможно, панель вообще не сможет выдавать 400 Вт, если условия для ее работы складываются не идеальные. Номинальная мощность — это ориентир, говорящий о том, какой максимум способна выдавать ваша панель.
При покупке солнечной панели вы должны отыскать информацию о среднем количестве пиковых солнечных часов в вашей местности. Тогда показатель номинальной мощности поможет вам определить, сколько фотоэлектрических панелей вам нужно приобрести для своей домашней системы энергонезависимости на основе технологий солнечной энергетики.
Как определяется номинальная мощность
Рейтинг фотоэлектрической панели определяется на основе стандартных условий проведения испытаний (STC). В рамках этих испытаний на панель светят искусственным источником освещения с мощностью 1000 Вт на каждый квадратный метр, что соответствует полуденному солнцу при 25°C. Это оптимальные условия для работы панели, которые воссоздаются в лабораторных условиях.
Производители тестируют свой продукт в таких условиях, чтобы определить рейтинг и возможности той или иной фотоэлектрической панели. Например, портативная солнечная панель EcoFlow на 110 Вт производит 110 Вт именно в идеальных лабораторных условиях.
Тем не менее, все вышесказанное не означает, что панель никогда не демонстрирует заявленных показателей. На самом деле вы можете получить в реальности номинальную мощность солнечной панели, но в большинстве случаев фактически показатель мощности будет все же ниже.
Как может помочь знание номинальной мощности солнечной панели
Конечно, воссоздать лабораторные условия для достижения заявленной номинальной мощности солнечной панели вряд ли возможно. Оптимальные условия в реальности означают, что вы устанавливаете панель на улице под нужным углом и с ориентацией на солнечные лучи. Тогда вы сможете получить максимально возможные показатели работы панели. Тем не менее, обычно солнечная панель выдает меньше мощности, чем это заявлено производителем в показателе “номинальная мощность” ввиду условий окружающей среды.
Повторимся, перед покупкой солнечной панели очень важно знать следующую информацию: номинальную мощность той или иной модели, а также сколько, в среднем, часов солнечные лучи будут падать на панель. Теперь по следующей формуле можно рассчитать, сколько ватт электроэнергии сможет генерировать каждая панель:
P (номинальная мощность в Вт) х H (количество часов с пиковым солнечным освещением) = Итоговая выходная мощность в Втч.
Как только вы выполните этот подсчет и определите электропотребление вашего дома, можно прикинуть, какое количество солнечных панелей вам потребуется для энергоснабжения дома. Учитывайте все же, что номинальная мощность, достичь которой получается не всегда, указывает на то, какое МИНИМАЛЬНОЕ количество панелей вам будет нужно.
Обобщая всю приведенную выше информацию, напомним, что номинальная мощность панели — это ее максимальный показатель мощности, достигнутый в идеальных лабораторных условиях. Панель не может вырабатывать больше электричества, чем заявлено, но зачастую реальный показатель мощности оказывается ниже ввиду естественных погрешностей окружающей среды. На сегодняшнем рынке солнечные панели EcoFlow отличаются одними из лучших показателей эффективности.
Способы измерения мощности солнечных батарей
Что нужно для того, чтобы измерить мощность солнечной батареи и не купить, например, батарею мощностью 70 Ватт с маркировкой 100 Ватт? Всего лишь самый дешёвый тестер (мультиметр) и ясная солнечная погода.
Способ №1 (самый простой).
Расположите солнечную батарею так, чтобы на ВСЮ её поверхность падал прямой солнечный свет ПЕРПЕНДИКУЛЯРНО поверхности. Необходимо проводить измерения при ясной погоде в середине дня весной-летом, когда Солнце находится максимально высоко над горизонтом (угол Солнца должен быть более 42 градусов над горизонтом).
Измерьте вольтметром напряжение холостого хода (Voc), подключив щупы вольтметра к разъемам солнечной панели.
Измерьте амперметром ток короткого замыкания (Isc), подключив щупы амперметра к разъемам панели.
Посчитайте мощность по следующей эмпирической формуле: P = Voc * Isc * 0.78, где коэффициент 0,78 — это примерное усреднённое отношение паспортной мощности панели к произведению паспортных Voc и Isc.
Чтобы определить мощность солнечной батареи, у которой в паспорте указано 100 Вт, мы провели измерения напряжения и тока, которые видны на фото выше: Voc = 22.08 Вольт и Isc = 6.37 Ампера. Подставив эти значения в формулу, можно узнать, что её мощность составляет 22.08 * 6.37 * 0.78 = 109.7 Вт.
Конечно, это не точный способ измерения и он даёт погрешность около 10%, но если при таком измерении Вы насчитаете только 70-80 Вт, то стоит задуматься, сколько же Вы реально заплатите за каждый Ватт мощности.
На протяжении многих лет мы неоднократно измеряли ток короткого замыкания солнечных батарей и заметили, что весной-летом при ясном небе в Москве ток обычно лежит в пределах от 95 до 105% от номинала. Самые низкие показания тока (около 70-80% от номинала) наблюдаются зимой и связано это с очень низким углом Солнца над горизонтом и большими потерями солнечной энергии в атмосфере.
Все фото измерений сделаны в Москве, в августе при температуре около 18 градусов в очень ясную погоду, в связи с чем мощность панели превышает свой номинал.
Способ №2 (более сложный).
Это более точный способ, дающий погрешность около 5%, но и более сложный, поскольку понадобится MPPT-контроллер с дисплеем и немного разряженный аккумулятор.
Как и в первом способе, нужно расположить солнечную панель так, чтобы на ВСЮ её поверхность падал прямой солнечный свет ПЕРПЕНДИКУЛЯРНО поверхности. Необходимо проводить измерения при ясной погоде в середине дня весной-летом, когда Солнце находится максимально высоко над горизонтом (угол Солнца должен быть более 42 градусов над горизонтом).
Кроме того, нужно подключить MPPT-контроллер к аккумулятору, а затем панель к MPPT-контроллеру.
На дисплее контроллера отображается напряжение солнечной панели (Vmp) и ток (Imp) в точке максимальной мощности.
Посчитайте мощность по следующей формуле: P = Vmp * Imp
Как видно на фото, для той же панели мощностью 100 Вт, Vmp = 18 Вольт, Imp = 6.0 Ампер. Следовательно её мощность составляет 18 * 6 = 108 Вт.
Отметим, что показания контроллера могут иметь погрешность и для большей точности лучше ориентироваться не на них, а на показания мультиметра, которым можно измерить ток и напряжение солнечной панели, подключенной к контроллеру.
Если контроллер показывает только ток и напряжение аккумулятора, то для вычисления мощности панели нужно учесть КПД контроллера, который составляет около 95%. В этом случае расчет реальной мощности солнечной панели следует выполнять по формуле: P = Vakb * Iakb / 0.95 , где Vakb — напряжение АКБ, Iakb — ток заряда АКБ.
Способ №3 (самый точный).
Абсолютно точный способ — сдать панель в сертифицированную лабораторию, где проведут измерение мощности на специальном оборудовании. Такая лаборатория есть, например, в Зеленограде у компании «Телеком-СТВ».
Если при покупке Вам не повезло с погодой, то Вы можете провести измерения дома и если мощность не будет соответствовать заявленной, то можно сдать панель в магазин в течение 14 дней с момента покупки согласно закону о защите прав потребителей.
Результатами своих измерений мощности по этой методике Вы можете поделиться на нашем форуме.
- Как проверить солнечную батарею при покупке?
- Как выбрать солнечную батарею?
- Сравнение монокристаллических и поликристаллических солнечных батарей
- Качество солнечных батарей китайского производства
Как сделать расчёт солнечных батарей
Когда вы точно определились с тем, что хотите оборудовать дом солнечными панелями, начинается этап обдумывания всех нюансов. Один из важнейших моментов — это расчёт солнечных батарей. Сам расчёт несложен, больше уйдет времени на определение всех переменных.
Этапы расчёта
1. Определите уровень потребления
Самый важный вопрос — сколько электроэнергии потребляет ваше домохозяйство. Тут два варианта:
- Свериться с квитанциями за электричество.
- Рассчитать всё детально вручную.
Для детального расчёта составьте список всех электроприборов в доме, включая лампочки. Выпишите мощность (Вт) и время работы каждого устройства на протяжение суток. Перемножьте два показателя и вы получите расход электроэнергии на каждый электроприбор (Вт/час). Сложив результаты, вы поймёте, сколько потребляет ваше домохозяйство в сутки, а перемножив на 30 (дней), сможете определить месячный показатель.
Мощность устройства можно посмотреть в документах на него. Нередко там сразу указана потребляемость электроэнергии.
Возьмём простой пример с несколькими потребителями.
| Потребитель | Мощность (Ватт) | Время работы (часы) | Расход (Ватт/ч) |
|---|---|---|---|
| Телевизор | 150 | 4 | 600 |
| Компьютер | 100 | 3 | 300 |
| Холодильник | 250 | 13 | 3 250 |
| Стиральная машина | 500 | 1 | 500 |
| Электрочайник | 1000 | 0,3 | 300 |
| Люстра | 20 | 6 | 120 |
| Лампа на кухне | 15 | 4 | 60 |
| Лампа в прихожей | 10 | 2 | 20 |
| Итого в сутки | 5 150 (5.15 кВт/ч) | ||
| Итого в месяц | 154 500 (154.5 кВт/ч) |
Полученное значение неокончательно: нужно заложить расходы электроэнергии на инвертор и контроллер, а также неизбежные потери разряда-заряда аккумулятора и преобразования постоянного тока в переменный, плюс — нужно учесть пусковую мощность электроприборов. В среднем к показателю потребляемости нужно прибавить ещё 40-50% — это в основном зависит от типа оборудования, которое вы будете использовать в системе солнечной электростанции. Таким образом, в нашем примере окончательное потребление будет около 225 000 Ватт/ч (225 кВт/ч) в течение одного месяца.
2. Узнайте уровень инсоляции в вашем регионе
Инсоляция — количество солнечного излучения, которое попадет на конкретную область Земли. Для каждого региона этот показатель индивидуален. На нашем сайте можно узнать инсоляцию для вашего города, а также рекомендуемый угол наклона солнечных панелей в разные месяцы.
3. Сколько энергии вырабатывает солнечная панель
Расчёт солнечных батарей не обойдётся без значения мощности одной солнечной панели. Если вы ещё не определились с выбором панели, то возьмите значение, на которое ориентируетесь. Потом цифру можно корректировать.
Учитывайте, что производители указывают номинальную мощность панелей. Если заявлено 300 Вт, значит столько энергии вы будете получать в период максимальной солнечной активности, когда погода безоблачная и лучи падают на панели под прямым углом. Максимальная (пиковая) солнечная активность зависит от региона и времени года, то есть она непостоянная. Из этого следует, что в разные времена года один и тот же набор солнечных панелей будет вырабатывать разное количество энергии. Тут нам и понадобится значение солнечной инсоляции.
Чтобы определить, сколько энергии может дать 1 солнечная панель в вашем регионе, используем такую формулу:
Мощность панели = солнечная инсоляция x пиковая мощность солнечной панели x 30 дней.
Для примера посчитаем, сколько выработает солнечная панель на 300 Вт в Москве в месяц, если использовать её в июне.
5,55 x 300 x 30 = 49 500 Вт (49,5 кВт)
4. Рассчитываем, сколько нужно солнечных панелей
Мы знаем, сколько энергии потребляет наш дом в месяц и знаем, сколько может выработать энергии одна панель в месяц. Формула будет простой:
Количество солнечных панелей = количество потребляемой домохозяйством энергии в месяц / количество производимой энергии одной солнечной панелью в месяц.
На нашем примере это будет выглядеть так: 225 000 / 49 500 = 4.54. Можно округлить или пересчитать с панелями другой мощности. Это результат без учёта пасмурных дней, поэтому в каждом индивидуальном случае нужно добавить некоторое количество панелей для уверенности.
Однако расчёт был для июня, когда инсоляция была максимальной. Если мы пересчитаем по тем же формулам для, например, января месяца, то в итоге получим результат 15 панелей.
Так сколько устанавливать панелей?
Мы уже поняли, что в разное время года необходимо различное количество солнечных панелей для покрытия всех потребностей домохозяйства. Ориентируйтесь на такие факторы:
- Как вы хотите использовать солнечную систему: необходима полное обеспечение дома или вы рассматриваете комбинированное использование с центральным электроснабжением.
- В каком регионе вы проживаете. Для мест, где зимой очень низкая солнечная активность, иногда просто нецелесообразно добывать солнечную энергию в это время года.
- Место под солнечные панели. Не всегда на крыше достаточно места для размещения нужного количества солнечных панелей, чтобы круглый год покрывать все потребности в электричестве.