Как выбрать солнечную панель и другие компоненты электростанции

Доброго времени суток, уважаемый гость!

В этой статье мы коротко опишем, как выбрать компоненты солнечной электростанции для Ваших нужд. Конечно, же, полный расчет требует массу различных поправочных коэффициентов и результаты зависят также от множества сопряженных факторов и местных условий, но мы сделаем упрощенный расчет, так сказать, в первом приближении, чтобы иметь представление о сути процесса. Никаких особенных навыков и знания высшей математики не потребуется. Итак, начнем.

Собрать электростанцию небольшой мощности достаточно просто.
Для этого Вам необходимы:
1. Солнечная панель.
2. Аккумулятор - или автомобильный, или специальный - герметизированный, который можно использовать в жилом помещении, или перевозить без риска в машине (нет электролита, который можно разлить).

3. Контроллер заряда аккумулятора.

4. Инвертор - устройство которое преобразует электричество из аккумулятора в переменный ток 220 Вольт.

Мощность системы зависит от мощности подключаемой солнечной батареи, ёмкости аккумулятора и мощности инвертора.

Схема небольшой электростанции выглядит следующим образом:

Если у вас только телефон, освещение и компьютер работающие не от 220В а от 12В,
то инвертор Вам не нужен, можете потребителей подключать напрямую к аккумулятору.

Теперь нам нужно прикинуть параметры оборудования.

По умолчанию принимаем, что наша электростанция будет эксплуатироваться ежедневно  с марта по сентябрь.

Сразу отметим, что в средней полосе России период с октября по февраль является чрезвычайно сложным для солнечной энергетики в силу короткого светового дня и плохих погодных условий , поэтому мы его не рассматриваем. Добавим сразу, что мы не будем включать в расчет нагревательные и отопительные приборы, холодильники и т.п., так как для работы данных устройств в автономном режиме гораздо лучше подойдет газ в баллонах (для тех, кто не в курсе, мировая промышленность давно производит не только бездымные обогреватели но и холодильники, работающие на пропане. Кроме того - никаких ламп накаливания. Только люминесцентные, а еще лучше - светодиодные. 

1. Первым делом, нам нужно определить суточную потребность в электроэнергии, т.е. сколько киловатт часов (кВт*ч), а для удобства пусть будут ватт часов (Вт*ч), нам потребуется в сутки. Для выполнения этой задачи нам нужно знать мощность приборов, которые будут подключаться к нашей системе, а также, сколько часов в сутки эти приборы будут работать. Мощность прибора, как правило, указана на его корпусе. Возьмем за основу небольшой дачный домик. Итак, нам потребуются:

- освещение: 2 лампы по 15 ватт, 4 часа в сутки = 2х15х4 = 120 Вт*ч

- ЖК телевизор со спутниковой тарелкой 60 ватт, 3 часа в сутки = 60х3 = 180 Вт*ч 

- ноутбук (самый мощный) 90 ватт, 2 часа в сутки = 90х2 = 180 Вт*ч

- зарядные устройства для телефонов 2шт по 5 Вт 3 часа в сутки = 2х5х3 = 30 Вт*ч

- прочая нагрузка (неучтенка) = 50 Вт*ч

ИТОГО 560 Вт*ч, или, для любителей аутентичности,  0,56 кВт*ч.

2. Выбор аккумуляторной батареи.

К сожалению, больше всего энергия нужна именно в те моменты, когда солнца нет, а, поскольку солнечные панели сами по себе не накапливают электроэнергию, то приходится использовать аккумуляторы. 

Если мы сложим все мощности приборов вместе (т.е. предположим, что их включили одновременно, то мы получим 190, а с учетом неучтенной нагрузки - 200 Ватт. Разделив наши 200 ватт на 12 вольт, (напряжение аккумуляторной батареи), мы получим ток около 17 ампер, что вполне приемлемо. Если бы ток составлял 50 ампер и более, имело бы смысл использовать 24 или 48 вольтовый аккумулятор для уменьшения тока.

Итак, мы выбрали 12 В аккумулятор. Теперь нужно определить его емкость. Для этого 560 делим на 12 и получаем 47 ампер часов (А*ч). Это, т.н. идеальная емкость которой хватит, чтобы питать наши приборы в течение суток. Т.к. кислотные АКБ способны разряжаться только на 50%, то нам нужно полученную емкость умножить на 2, т.е это уже 94 А*ч. Теперь, мы представим, что из каждых 3 дней, солнечным будет, в среднем, только один, а ведь энергия нужна нам ежедневно, поэтому полученную емкость умножаем на 3. С учетом КПД при зарядке аккумулятора и КПД инвертора (о нем речь чуть позже), получаем 300 А*ч. Т.к 12В аккумуляторов такой емкости не бывает, то берем либо 3х100, либо 2х150 А*ч и соединяем их параллельно.

3. Выбор солнечной панели и контроллера заряда.

Тут все просто. Кислотные AGM и GEL аккумуляторы могут заряжаться током до 10% от их номинальной емкости. Т.е. если суммарная емкость 300 А*ч, то максимальный ток заряда должен составлять не более 30 А. Классическая панель мощностью 150 ватт, при работе с 12В аккумулятором дает рабочий ток около 7,5 А. "Знатоки" физики сейчас разделят 150 на 12 и возмущенно заявят, что это более 12 ампер, но на самом деле именно 7-7,5. Это связано с вольт-амперной характеристикой солнечной батареи, долго объяснять, но если кому интересно, можете получить у нас консультацию - это абсолютно бесплатно.

Разделив 30 на 7,5 мы получим 4. Именно столько панелей нам понадобится для нашего замысла. Контроллер тоже можно взять на 30А, хотя загружать электронику на все 100% - не есть правильно. Мы советуем взять на ступень больше -  60 амперный. Следует добавить, что данная методика справедлива при использовании недорогих ШИМ (PWM) контроллеров. Если речь идет о дорогих, профессиональных mppt контроллерах, то нужно делить именно 150 на 12, поскольку mppt контроллер способен высосать из панели до 97% её возможной мощности.

4. Инвертор.

Инверторами называют различные преобразователи, но в нашем случае это преобразователь из 12 В постоянного тока в 220 В переменного тока. Как мы помним, сумма мощностей наших приборов составила 200 ватт, поэтому инвертор берем ватт на 400, или больше, с запасом, ведь неизвестно, может наши аппетиты вырастут, так зачем платить второй раз? При этом, если у нас в системе присутствуют устройства, содержащие электродвигатели без плавного пуска (особенно холодильники), то кратность запаса мощности должна быть минимум 5 для обеспечения пускового тока.

5. Провода.

Нет смысла повторять, что чем провод короче и толще, тем меньше в нем потери. Для соединения панелей с контроллером, а контроллера с аккумулятором, выбирайте медный провод, причем таким образом, чтобы на каждый квадратный милиметр его сечения приходилось не более 5А тока, а лучше 2-2,5. Расстояние от солнечных панелей до аккумулятора должно быть максимально коротким.

Ну вот, так сказать, в первом приближени мы все и посчитали. Конечно, реальные показатели будут зависеть от местных условий, но солнечная энергетика хороша своей модульностью - всегда можно что-то добавить, или перестроить, не меняя общей концепции. 

Теперь, когда Вы все знаете, можете приступить к выбору компонентов.

Если у Вас остались вопросы - задавайте. Мы будем искренне рады Вам помочь

С уважением,

коллектив MobileSolar