Оскільки сонячні батареї викликають дуже великий інтерес (бачу за кількістю запитів), а розрахунки необхідної кількості і потужності, що виробляється для багатьох складні, то спробую більш детально зробити розрахунок системи сонячної електростанції для реального завдання.
Завдання звучить так: необхідно забезпечити висвітлення об'єкта, що працює від сонячних батарей. Основного харчування немає і не очікується.
З'ясовуємо, що цікавлять нас моменти.
опис завдання
Пора року, коли необхідно освітлення (ми пам'ятаємо, що взимку вироблення батарей в 10-12 разів нижче, ніж влітку) - круглий рік. Значить, вважати систему треба буде по самому темному місяця, а влітку вироблення буде в 10 разів більше, ніж необхідно.
Розташування об'єкту (для розрахунку кількості сонця) - Ленінградська область.
Максимальна споживана потужність. Це те, яка максимально потужність може споживатися. Тобто, якщо в будинку зазвичай горить тільки одна лампочка, але на 5 хвилин в день включають чайник, то треба вважати за потужністю чайника. Ця цифра визначає потужність інвертора, що створює 220 вольт з акумуляторів. У нашому випадку, це близько 300 Вт. Але освітлення здійснюється світлодіодними прожекторами, тому треба взяти до уваги пусковий струм і те, що навантаження не резистивная.
Скільки потрібно електроенергії на добу. Не можна плутати цей параметр з попереднім. Максимальна потужність вимірюється в ватах і визначає потужність інвертора. А кількість електроенергії вимірюється в ват-годинах в одиницю часу, для нашого розрахунку це добу. Здавалося б, час і в чисельнику, і в знаменнику, і можна його скоротити, але тоді втратимо фізичний зміст і зручність розуміння цієї величини.
Якщо вам не дають спокою одиниці виміру, то ось ще трохи інформації. Струм (ампер) - це кількість кулонів електроенергії, що пройшло через провід в одиницю часу. У кулонах вимірюється якраз кількість електрики. Ми до цієї одиниці виміру додаємо (не в прямому сенсі) час і напруга. Потужність - це ток * напруга. Значить, потужність = кулони * напруга / час.
Сказати, що лампочка споживає (правильно сказати - має потужність) 100 ват - все одно, що сказати, що вона споживає 100 ват-годин на годину. Або 2400 ват-годин на добу.
Потужність освітлювальних приладів в нашому завданні 280 ват, споживання 280 ват-годин. Працює 10 годин на добу. Значить, наша шукана цифра споживання електрики в добу - 2800 ват-годин на добу.
У романі «марсіанин» головний герой в своїх розрахунках назвав одиницю виміру «кіловат-годину в сол» - пірат-ніндзя, скорочено чт. Рекомендую до прочитання.
Отже, нам потрібна вироблення після інвертора 2800 ват-годин на добу. ККД хорошого інвертора на рівні 92-96%. Споживання в сплячому режимі (тобто, споживання плати інвертора) до 5Вт. Разом 120Вт-годин на добу.
Виходить, що нам потрібна вироблення батарей не 2800, а 3100, щоб покрити ККД (нагрів інвертора) і харчування самого інвертора. Якби навантаження була 220, а 24 вольта, цих втрат можна було б уникнути.
Ще у нас є така річ, як ККД акумулятора. Всі помітили, що коли телефон заряджається, він теплий або гарячий. Тобто, частина енергії заряджає акумулятор, а частина гріє телефон. Оскільки освітлення нам потрібно не днем, а вночі, то потужність треба вважати з урахуванням ККД заряду і розряду акумулятора. Цей ККД залежить від струму заряду і розряду і типу акумуляторів, а також від температури повітря. Ми візьмемо його 75%.
Виходить, що нам треба вже 4133 ват / години на добу. Виходить, що 32% його видають батареями струму йде на покриття втрат. Це сумно.
Вважаємо, що для цього потрібно.
Підбір батарей, контролера, інвертора
Вводимо дані в калькулятор, вибираємо 20 батарей по 280 ват і отримуємо наступну сумну криву:
Чому сумну? Тому що влітку вироблення буде 28 кіловат-годин на добу, в 7 разів більше, ніж нам треба. А взимку навіть менше, ніж треба. 12 сонячних батарей дали б нам необхідну потужність з середини січня по кінець листопада, подвоюємо кількість батарей - отримуємо плюс десяток днів.
Візьмемо розумний компроміс. Нехай в грудні і першій половині січня світло буде працювати не всю ніч, а вдвічі менше - наскільки вистачить сонячних батарей. Будемо вважати 12 сонячних панелей по 280 ват.
Отже, 12 сонячних батарей по 280 ват.
Сумарна максимальна потужність, яка йде з батарей - 3360 ват. Тобто, більш, ніж в 10 разів більше, ніж нам потрібно для освітлення, якби воно горіло безпосередньо від батарей. Але воно горить від акумуляторів в темний час доби, коли сонця немає, так що струм від батарей спочатку заряджає акумулятори через контролер, потім йде на інвертор, потім вже на освітлення.
3360 ват ділимо на 48 вольт, отримуємо струм 70 ампер. Це максимальний струм, який піде від батарей, по ньому треба вважати контролер і кабелі.
Порахуємо контролер вітчизняного виробника КЕС DOMINATOR MPPT 200/100. Максимальний струм 100 ампер (раптом захочуть ще три батареї додати). Вартість 40900 рублів.
Інвертор МАП «Енергія» SIN Pro 48 / 220В 3.0 кВт. 46 900 рублів. Це інвертор мінімальній потужності на 48 вольт.
Розрахунок акумуляторів
Отже, нам треба, щоб в акумуляторах було припасено приблизно 3100 ват-годин електроенергії з урахуванням потужності світильників, ККД інвертора і ККД розряду акумуляторів. Акумулятори 12-вольт, так що ділимо на 12. Отримуємо 258 ампер-годин. Акумулятори розряджаються не до нуля, а до приблизно 25%. І з часом їх ємність падає, треба і це врахувати.
Акумулятора треба 4, ми можемо вважати, що якщо візьмемо 4 по 100 ампер-годин, то покриємо потребу.
Візьмемо для розрахунку Delta HR 12-100. Вартість по 13400 рублів.
Ще потрібно деякі кількість додаткових елементів системи: УЗИП, запобіжники, з'єднувачі акумуляторів, з'єднувачі батарей, кабель для з'єднання всіх компонентів системи, розгалужувачі декількох типів. Не буду приводити повний список необхідного, але вартість його без урахування стелажа для акумуляторів і з урахуванням 50 метрів кабелю перетином 4 мм2 складе близько 18 тисяч рублів.
Якщо порахувати все вищеперелічене отримаємо 349 320 рублів.
Всього-на-всього кілька світлодіодних прожекторів на 280Вт, які горять 10 годин на добу. З березня по вересень вони, очевидно, можуть горіти і цілодобово. До того ж, можна використовувати якісь додаткові пристрої, наприклад, будівельний інструмент.
Чи не претендую на те, що цей розрахунок оптимальний, можна заміною контролера і інвертора заощадити пару десятків тисяч рублів, але загальний порядок ціни збережеться.
4,139 переглядів за все, 63 переглядів сьогодні
Я займаюся проектуванням сучасних інженерних систем для квартир і заміських будинків.Надсилайте, будь ласка, будь-які питання на адресу [email protected]