Расчеты
Расчет и выбор солнечных панелей.
Расчёт этих характеристик довольно прост, необходимо просуммировать мощность всех электроприборов и умножить их на время работы.
Допустим имеются следующие потребители : холодильник, телевизор, компьютер, осветительные приборы, зарядные устройства для телефонов, бытовые маломощные инструменты.
Среднего размера холодильник класса потребления А расходует в день примерно 680 Вт ( смотри паспорт изделия ), телевизор с технологией на жидких кристаллах с диагональю 54 см. потребляет примерно 50 Вт., при просмотре телевизора два часа в день это 100 Вт., компьютер ( ноутбук ) 60 Вт. при работе на компьютере три часа в день потребление составит 180 Вт., освещение четыре энергосберегающие лампы 15 Вт. четыре часа в день 15 х 4 х 4 = 240 Вт., зарядки трёх телефонов не более 10 Вт в день, Маломощная дрель или болгарка 5 минут непрерывной работы ( это достигается при работе около часа ) 50 Вт. Итого : 680 + 100 + 180 + 240 + 10 + 50 = 1260 Вт.
Этот расчёт сделан из тех обстоятельств, что мы серьёзно трудились и отдыхали целый день: три часа на компьютере, час с дрелью два часа смотрели телевизор и непрерывно болтали по трём телефонам.
Итак – мы собираемся потребить 1260 Вт. в сутки.
Можно ли уменьшить этот показатель ?
Можно, причём несколькими способами:
Способ 1 ( технологичный ).
Из расчёта видно, что самые большие потребители это холодильник и свет. Серьёзной экономии можно добиться если заменить энергосберегающие лампы на светодиодные ( LED ) , такие лампы потребляют 4 Вт. при светопотоке равному светопотоку излучаемого лампой накаливания в 90 Вт., то есть можно сэкономить 176 Вт. на освещении.
Холодильник можно обклеить сверху, снизу и с боков пенопластом, а также отодвинуть его от стены на 150 и более миллиметров, при этом его потребление снижается на 15 % т.е на 102 Ватта.
Общий итог нашей экономии 176 + 102 = 278 Вт.
Способ 2 – это физическая экономия электроэнергии, поменьше света и потребителей – для нас такой способ мало подходит, хотя разумная экономия всегда должна иметь место.
С учётом экономии нам нужно 1260 – 278 = 982 Вт. на день.
В ЛЕТНЕЕ время суточный приход солнечного излучения на наклонную поверхность(панели обычно устанавливаются по углу широты местности) в зависимости от места расположения варьируется от 4 до 6 кВт/м2.
КПД системы ( зарядка аккумулятора и КПД инвертора ) около 80 %.
То есть мощность батареи должна быть не менее 978*1000 /5000 * 0.8 = 244.5 Вт.
Качественная монокристаллическая панель WESWEN WDNY-250C60 – отличное решение поставленной задачи.
Расчет СЭС
1) Выбор компоновки СЭС (солнечной электростанции) всегда начинаем с определения нагрузки потребителя. Необходимо рассчитать потребление энергии в светлое время суток, в темное время, максимальную нагрузку потребителя и пиковые значения мощности (для оборудования с двигателями).
Расчет потребляемой энергии производится путем суммирования произведения установленной мощности электроприбора на время его работы.
Потребление энергии определяется как сумма мощностей всех электроприборов, умноженных на время работы (расчет проводим отдельно для светлого и темного времени суток).
Pmax определяется как сумма мощностей электроприборов, работающих одновременно, а дополнительно учитывает пиковые токи, возникающие при пуске электродвигателей.
2) Выбор инвертора проводится по двум критериям: номинальной мощности и пиковой мощности, которую инвертор может выдержать в течение нескольких секунд.
3) Суммарная энергия нагрузки на стороне постоянного тока инвертора будет отличаться от потребляемой. Это связано с потерей энергии на преобразование постоянного тока в переменный:
где ηинв – КПД инвертора.
4) Определение минимально необходимой мощности солнечных установок производим по следующей формуле:
где Tcc – продолжительность светового дня. Это весьма условный параметр. Надо понимать, что продолжительность светового дня – это не время от восхода Солнца до заката, а время активной работы солнечной панели на максимальную мощность при высоких приходах солнечного излучения. Зависит в основном от облачности и времени года. Варьируется в пределах от 1 до 10.
а ЭСФЭУ – количество электроэнергии, которое необходимо получать от солнечных панелей, определяется по следующей формуле:
5) Для обеспечения потребителя энергией в течение ночи, необходимо устанавливать АКБ (аккумуляторные батареи), общей емкостью не менее:
где α – коэффициент, показывающий глубину разряда для АКБ (максимальное количество энергии, которое может обеспечить батарея при нормальном режиме работы).
6) Аккумуляторные батареи также имеют потери при заряде-разряде.
где, ηАКБ – КПД заряда-разряда АКБ.
7) Далее, определив количество и тип солнечных панелей, приступаем к выбору контроллера. При этом ток от солнечных панелей не должен превышать допустимого значения, на которое рассчитан контроллер. Для каждой из панелей, значение тока определяется по следующей формуле:
где I – ток одной солнечной панели, а U – напряжение этой панели.
Суммарный ток и напряжение в системе будет зависеть от количества и способа подключения солнечных панелей (Рис.1).
!Обратите внимание!
Напряжения солнечных панелей и АКБ должно совпадать. Если напряжения разные, необходимо привести их к одному, за счет изменения схемы соединения аккумуляторов (Рис.2).
Пример расчета
Для заданного коттеджа определить состав СЭС.
Существующие потребители: холодильник 150 Вт; телевизор 100 Вт (работает 3ч днем и 2ч ночью); компьютер 250 Вт (2ч днем); пылесос* 400 Вт (0,5ч днем). Продолжительность светового дня примем равной 10 часов.
Решение:
1) Определим значения потребляемой энергии и значения мощности:
Эднпотр=ΣPуст*tраб = 150*10+100*3+250*2+400*0,5 = 2500 Вт*ч
Энчпотр=ΣPуст*tраб = 150*14+100*2 = 2300 Вт*ч
Pmax = 150+100+250+400 = 900 Вт*ч
Pпик = 150+100+250+400*3= 1700 Вт*ч
2) В соответствии с полученными значениями, необходимо взять инвертор NC-1000-S (номинальная мощность 1000 Вт, максимальная 2000 Вт). КПД для таких инверторов равняется не менее 87%, а значит, энергия нагрузки на стороне постоянного тока составит:
Эдннагр= Эднпотр/ηинв = 2500/0.87=2874 Вт*ч
Энчнагр= Энчпотр/ηинв = 2300/0.87=2644 Вт*ч
3) Для обеспечения потребителя ночью (за счет разряда батарей ЭразАКБ = Энчнагр), необходима установка аккумуляторных батарей, общей емкостью:
ЭАКБ= ЭразАКБ/α = 2644/0.4 = 6610 Вт*ч
где α = 0,4 (т.е. аккумуляторы можно разряжать на 40% от номинальной емкости).
Приводим полученное значение к напряжению батареи (12 В).
САКБ = ЭАКБ/U = 6610/12 = 550.8 А*ч
Рекомендуется устанавливать батареи с небольшим запасом.Выбираем 6 батарей, емкостью 100Ач.
4) Аккумуляторные батареи также имеют потери при заряде-разряде:
ЭзарАКБ = ЭразАКБ/ ηАКБ = 2644/0.9 = 2937.8 Вт*ч
где, – КПД заряда-разряда для гелиевых аккумуляторов.
5) Количество электроэнергии, которое необходимо получать от солнечных панелей:
ЭСФЭУ= ЭзарАКБ+ Эдннагр = 2937.8+2874 = 5811.8 Вт*ч
6) Общая установленная мощность солнечных панелей:
N∑= ЭСФЭУ/Tcc = 5811.8/10 = 581.2 Вт
Выбираем 3 панели по 200 Вт.
7) Ток от каждой панели составляет:
I=N/U=200/24=8.33 А
Тогда суммарный ток при соединении панелей параллельно составит:
I∑ = 3*I = 25 A
Следовательно, необходимо использовать контроллер 30A-24V.
___