Солнечные батареи как это работает

Расчет солнечных батарей

Перед монтажом любого объекта требуется составление проекта и выполнение предварительных расчетов. Только таким образом возможно добиться максимальных результатов от запланированного мероприятия, установить объем предстоящих материальных затрат. Поэтому при проектировании альтернативных энергетических систем, большое значение имеет точный расчет солнечных батарей, без которого возможны значительные отклонения от нормативов и значительное снижение эффективности данных устройств.

  1. Комплектация солнечной батареи
  2. Исходные данные для расчетов
  3. Расчет солнечных панелей
  4. Как рассчитать параметры аккумулятора
  5. Расчет и выбор инвертора

Комплектация солнечной батареи

Для того, чтобы максимально точно рассчитать солнечную энергетическую систему, необходимо знать, какие элементы входят в ее состав. Все они используются в комплексе и позволяют наиболее эффективно преобразовывать энергию солнца в электрический ток.

Стандартный комплект включает в себя:

  • Основной элемент – солнечные батареи для дома. Главная функция заключается в приеме солнечного излучения и его последующем преобразовании в электроэнергию. Основой конструкции являются фотоэлектрические элементы, способные удерживать излучение в течение длительного времени, требующегося для преобразования. Поэтому большое значение имеет точный расчет мощности солнечных батарей.
  • Инвертор. Преобразует постоянный ток солнечной панели в переменный, пригодный для работы потребителей. Полученное напряжение составляет 220 вольт.
  • Аккумуляторная батарея. Накапливает электроэнергию, а потом отдает ее в ночное время, при плохой погоде или внезапном отключении основной сети. Электричество из аккумулятора поступает в инвертор и превращается в переменный ток.
  • Контроллер. Управляет процессом зарядки аккумулятора, контролирует уровень заряда и разряда батареи. Подключается последовательно между солнечной батареей и аккумулятором, помогает поддерживать стабильность напряжения, поступающего в инвертор.

Для соединения компонентов системы между собой используются провода и специальные коннекторы. Обычно они входят в общий комплект.

Исходные данные для расчетов

Теперь рассмотрим как рассчитать солнечные батареи? Основной цифрой, необходимой для расчетов, является общее энергопотребление за определенный период. Если панели устанавливаются в электрифицированном загородном доме, то расход электроэнергии можно определить по счетчику. Однако, если электроснабжение подключается впервые, необходимо составить список всех имеющихся потребителей с указанием мощности каждого из них.

Например, холодильник потребляет 350 Вт/ч. В сутки он потребит около 1 кВт/ч, а в течение месяца – около 30 кВт/ч. Точно так же нужно подсчитать расход электроэнергии у осветительных и других приборов.

Полученные цифры складываются и вначале определяется общее суточное энергопотребление. Далее результат умножается на количество дней в месяце, что даст предварительное значение. К примеру, расход электроэнергии составляет 100 кВт/ч. Эта цифра будет относительной, поскольку к ней следует добавить еще 40% на потери в аккумуляторе и при работе инвертора.

Таким образом, общий расход электроэнергии в месяц составит 140 кВт/ч. В сутки получается 140:30:7 = 0,67 кВт/ч. Следовательно, необходимы панели с минимальной мощностью 0,7 кВт. Однако их будет достаточно лишь при хорошей погоде в летнее время и частично весной и осенью. Необходимо учесть и пасмурные дни, которые нередко наблюдаются и в летние месяцы. В связи с этим, требуется увеличить количество панелей не менее чем в два раза, в противном случае электроэнергия будет поступать с перебоями.

Максимальный эффект от солнечной системы получается лишь при условии согласованной работы всех составляющих частей и компонентов. В первую очередь нужно правильно рассчитать батареи на основе исходных данных, потому что именно от этих расчетов будет зависеть эффективность работы всей энергетической установки.

Расчет солнечных панелей

Необходимая мощность солнечных панелей рассчитывается в соответствии с погодой в данной местности и интенсивностью излучения в разное время года. Большое значение при расчетах имеют углы наклона по горизонтали и вертикали. Этот показатель особенно важен, если солнечная система будет эксплуатироваться круглый год. От этого будет зависеть и место размещения оборудования. Если угол наклона не требует регулировок, то панели могут размещаться непосредственно на крыше здания.

Наиболее ответственным мероприятием является расчет солнечных батарей, количества модулей и их эффективности. Данные берутся по самому лучшему и самому худшему месяцу с точки зрения энергоэффективности. Для расчетов стандартной инсоляции выбирается площадь в 1 м 2 , а для определения номинальной мощности требуется температура 25 С, при стандартном световом потоке 1 кВт/м 2 .

Определение производительности солнечной батареи в течение месяца осуществляется по следующей формуле: Есб = Еинс х Рсб х η/Ринс. Ее переменные соответствуют таким показателям:

  • Есб – количество энергии, вырабатываемое батареей.
  • Еинс – результат месячной инсоляции 1 м 2 .
  • η – величина общего КПД при передаче тока по проводникам.
  • Рсб – номинальная мощность солнечной панели.
  • Ринс – наибольшая мощность инсоляции 1 м 2 поверхности Земли.

При расчетах необходимо использовать единицы, одинаковые для всех показателей. Как правило, это джоули или киловатт-часы. Вычислив месячную инсоляцию, можно легко определить номинальную мощность солнечной панели, необходимую для выработки месячного объема электроэнергии: Рсб = Ринс х Есб / (Еинс х η).

Следует учесть, что напряжение на выходе солнечной панели будет на 15-40% выше напряжения аккумулятора. При использовании дешевых контроллеров эта разница неизменно уходит в потери. Более дорогие современные модели позволяют снизить этот показатель до 2-5%.

Солнечное излучение имеет разные показатели мощности, в зависимости от времени года и конкретного месяца. Номинальная мощность самой панели остается неизменной, поэтому большое значение приобретает правильный выбор места ее установки. Используя формулы, приведенные выше, можно определить лишь приблизительное количество модулей. Чтобы получить точное значение с необходимым запасом, берется двойное количество панелей с поправкой на ночное время, пасмурные дни, снегопады и другие факторы, снижающие эффективность системы.

Мощность солнечных батарей для частного дома и их производительность, во многом зависит от правильного выбора аккумуляторной батареи и инвертора.

Как рассчитать параметры аккумулятора

Аккумуляторные батареи составляют значительную часть стоимости всей солнечной системы. Прежде всего это связано с их регулярными заменами в процессе эксплуатации. Данные устройства обладают различной емкостью и сроками службы, поэтому и цена существенно отличается. Существует определенный порядок определяющий расчет солнечной батареи для дома, на основании которого каждый принимает решение о покупке той или иной модели аккумулятора.

Основными параметрами любой батареи являются емкость и количество циклов зарядки и разрядки. Показательные расчеты можно выполнить на примере обычного кислотного аккумулятора, напряжение которого составляет 12 В, а емкость – 100 А*ч. Требуется вычислить возможный объем энергии, накопленной за 1 раз и количество той же энергии, отдаваемой за 1000 циклов, составляющих срок службы батареи. Все расчеты проводятся с учетом соблюдения правил и эксплуатационных норм. Например, повышение температуры сокращает срок службы устройства, а понижение приводит к уменьшению емкости.

Итак, сколько же энергии способен выдать аккумулятор полностью заряженный, а затем полностью разряженный. Для получения результата емкость в 100 А*ч умножается на среднее значение напряжения в 12 В. Итоговой цифрой будет 1200 Вт*ч или 1,2 кВт*ч. Однако на практике полная выработка аккумулятора считается при 40-процентном остатке от начальной емкости. В этом случае показатель средней емкости за весь период эксплуатации будет не 100 А*ч, а только 70. Поэтому реальный запас электроэнергии получается: 70 А*ч х 12 В = 840 Вт*ч или 0,84 кВт*ч.

Читайте также:  Самая удобная и неудобная высота каблука и как выбрать «свою» высоту

В инструкции к батарее указано, что ее нежелательно разряжать больше чем на 20% от общей емкости. То есть, в темное время суток из аккумулятора можно без последствий взять только 0,164 кВт*ч. Нормальная разрядка батареи должна происходит в течение 20 часов. Если этот процесс происходит под влиянием высокого тока, то емкость снизится еще больше. Таким образом, наиболее оптимальный ток разрядки будет 5 А, а мощность на выходе батареи – 60 Вт. Если требуется решить задачу, как рассчитать мощность с повышенным значением, в этом случае количество аккумуляторов увеличивается или изменяется режим работы имеющихся устройств.

Большое значение в обеспечении рабочего режима придается правильным настройкам контроллера зарядки и разрядки. При достижении определенного напряжения заряда производится отключение, в противном случае начнется закипание электролита и его интенсивное испарение. Точно так же отключаются потребители, при разряде батареи до 80%. Соблюдение рабочего режима и рекомендаций производителя существенно увеличивает срок службы аккумуляторных батарей.

Расчет и выбор инвертора

При выборе преобразователя энергии учитывается его мощность и конфигурация выходного сигнала. Специалисты рекомендуют выбирать инверторы с номинальной мощностью, превышающей суммарную мощность потребителей на 25-30%. Также должна учитываться резко возрастающая нагрузка, когда одновременно включаются приборы с высокой пусковой мощностью.

Одним из основных показателей инвертора является его коэффициент полезного действия. Он зависит от потерь электроэнергии при выполнении сопутствующих процессов. В разных моделях он составляет 85-95%. Наиболее оптимальным вариантом считаются устройства с КПД не менее 90%.

Различные модификации инверторов могут использоваться в однофазных или трехфазных сетях. В первом случае стоимость устройств намного ниже, но они хорошо зарекомендовали себя при работе с потребителями общей мощностью до 10 кВт. Работа происходит с напряжением 220 в и частотой 50 Гц. Трехфазные приборы могут работать в более широком диапазоне напряжений – 315, 400 и 690 В. Наиболее качественные изделия комплектуются выходными трансформаторами для выравнивания параметров напряжения.

Необходимо учитывать зависимость технических характеристик инвертора и его массы. При наличии трансформатора на 1 кг приходится мощность в размере 100 Вт. В солнечных системах может использоваться разное количество преобразователей. В системах мощностью до 5 кВт с работой вполне справляется 1 инвертор. При более высокой мощности панелей на каждые дополнительные 5 кВт к общему рассчитанному количеству рекомендуется устанавливать еще один преобразователь. Некоторые модели инверторов укомплектованы собственными зарядными устройствами. Если один из них выйдет из строя, то система будет и дальше нормально работать.

Производительность системы во многом зависит от правильного подключения инвертора. Кабель, используемый для соединений, должен обладать минимально допустимой длиной и максимально возможным сечением. При значительном удалении потребителей длину кабеля придется наращивать. Его длина от солнечной батареи до инвертора должна быть не более 3 метров.

Все соединения выполняются максимально плотно. В противном случае может возникнуть искрение и вызвать пожар. Если устанавливается автономный инвертор в качестве бесперебойного источника питания, то в его цепи вместе с другими устройствами устанавливаются автоматические выключатели.

Солнечные батареи для дома

Калькулятор расчета аккумуляторной батареи для инвертора

Посчитать мощность солнечных батарей на квадратный метр

Если вы решили сэкономить на расходах электроэнергии и установить собственную солнечную электростанцию в доме или на даче, тогда необходимо начать с расчетов показателей как потребления энергии, так и мощности солнечных панелей. Это самый важный и трудоемкий процесс, который станет залогом правильной работы солнечной системы и выработки нужного количества тока для обеспечения всех потребностей. Кроме того, рассчитанные показатели смогут послужить основой для увеличения эффективности или экономии энергии.

Показатель мощности солнечной батареи

Если посмотреть описание разных моделей солнечных батарей, то можно обратить внимание, что показателем измерения выступает номинальная мощность (Вт). Этот показатель и будет служить главным критерием для оценки мощности солнечной батареи. Номинальная мощность указывается из расчета, что на 1 кв. метр панели будет поступать 1 кВт солнечной энергии. То есть вы сможете рассчитывать на такой показатель мощности батареи, если в месте, где расположена солнечная система, температура не менее 25 градусов, ориентация модулей на юг с учетом угла наклона и отсутствует затемнение.

Зачем нужен расчет мощности солнечных батарей

Сегодня на рынке представлено огромное количество солнечных батарей, они отличаются не только производителем и ценой, но и своими техническими характеристиками. Мощность – это главный показатель, от которого необходимо отталкиваться, если вы хотите получить выгоду от установки солнечной системы. Важно понимать, что неправильно произведенный расчет или и вовсе отсутствие каких-либо анализов по планируемой мощности могут привести к неудовлетворению ваших электрических потребностей в доме, тогда придется использовать дополнительное питание от сети либо ограничивать себя в электроприборах. В итоге сложная задумка с солнечными батареями теряет весь смысл.

Порядок расчета

Чтобы рассчитать необходимую мощность батареи, которая покроет ваши затраты электроэнергии, нужно провести ряд действий, основанных на точных расчетах.

Определение потребляемой энергии

Начинать надо в первую очередь с расчета необходимой энергии для обеспечения вашего дома. Сделать это можно двумя способами: первый – посмотреть на счетчике, сколько электроэнергии вы расходуете за месяц или в сутки, а второй – сделать более детальный расчет. Чтобы произвести второй вариант расчета, нужно взять бумагу с ручкой и составить список всех электроприборов, которые имеются у вас в доме. Количество потребляемой энергии каждым устройством нужно умножить на количество часов работы, а после все полученные показатели сложить и получить общий расход, который должны покрывать солнечные батареи.

Ниже приведены приблизительные значения самых часто используемых электроприборов в любом доме.

Электроприбор Ватт Сколько часов работы в сутки Вт/час
Холодильник 250 24 6000
Компьютер 100 4 400
Стиральная машина 500 1 500
Электрочайник 1000 0.3 300
Телевизор 150 6 900
Радиоприемник 4 2 8
Экономлампа 1 20 6 120
Экономлампа 2 15 4 60
Экономлампа 3 10 2 20

Просуммировав последнюю колонку в таблице, вы сможете посчитать суточный расход электроэнергии. Однако здесь не все так просто. Это не будет конечная цифра для выбора мощности солнечной батареи и их количества. Дополнительно нужно будет прибавить около 30% потребляемой энергии на обслуживание обязательных устройств для работы солнечной системы – аккумулятора и инвертора. Кроме того, солнечными батареями генерируется постоянный ток, который впоследствии при помощи инвертора перерабатывается на переменный с повышением напряжения для обслуживания дома (220В), где еще теряется около 20%. И еще нужно прибавить около 10%, которые пойдут на пусковую мощность электроприборов. Так как при запуске техника первые несколько минут потребляет в 3, а то и в 5 раз больше заявленной энергии.

Уровень инсоляции

Суть солнечных батарей заключается в выработке энергии за счет воздействия лучей солнца на фотоэлементы со специальным составом. Чем больше солнечная радиация, тем выше производительность панелей. Максимальная эффективность зафиксирована при попадании лучей на поверхность пластин под углом 90 градусов, то есть перпендикулярно. Соответственно ночью энергия не вырабатывается, а используется та, которая накопилась в аккумуляторе за дневное время. Поэтому очень важно правильно установить солнечную панель и рассчитать ее работоспособность в зависимости от климата того или иного региона.

Уровень солнечной инсоляции – это еще один немаловажный показатель, который необходимо учитывать при определении мощности солнечной батареи. В каждом регионе он разный и дает четкое понятие, сколько количества солнечного тепла приходится на единицу площади панели. Если вы проживаете в регионе с небольшим уровнем инсоляции, тогда вам нужно будет приобретать либо более мощное устройство, либо в большем количестве для полного обеспечения дома электроэнергией. Рассчитывать самостоятельно показатель инсоляции не нужно. Его значение представлено в специальных справочниках, которые можно найти без проблем в интернете. Подобная информация также представлена на метеорологических сайтах. Указанная информация может быть представлена как за год, так и отдельно по месяцам (для крупных городов).

Читайте также:  Дизель или бензин - плюсы и минусы

Выбор мощности панелей

В зависимости от рассчитанного количества потребляемой энергии количество солнечных батарей может быть разным. Также следует учитывать, какие задачи возложены на батарею – полная продуктивность или использование ее в качестве дополнительного источника питания, если в вашем доме часто бывают перебои. Если вы хотите покрыть все электрорасходы в доме, тогда придется хорошо потратиться и приобретать устройства с высокой мощностью и продуктивностью.

Мощность панели напрямую будет зависеть от количества потребляемой энергии как электроприборами в доме, так и техническими устройствами, которые являются обязательными для работы солнечной станции. Здесь нельзя не учесть и количество солнечных дней в месяце, уровень инсоляции, частоту смены угла наклона. Максимальная производительность панели наблюдается не более 7 часов в сутки и то при условии, что небо чистое, а ночью и вовсе не будет никакой выработки, соответственно, при соотнесении расходуемой энергии с мощностью батареи нельзя приравнивать эти два показателя. Мощность должна быть на 30-40% больше.

Для примера можно взять батарею с указанной мощностью в 1кВт. Это значение нужно умножить на количество часов работы панели с максимальной производительностью, приплюсовать дополнительные расходы на снабжение инвертора и аккумулятора, а также то время в сутках, когда солнечный свет отсутствует. В результате вы сможете получить выработку одной батареи. Если показатель слишком маленький, тогда нужно присмотреться к батареям с более высокой мощностью, однако и цена их будет выше.

Расчет мощности солнечных батарей

Расчет количества панелей

Итак, мы определились, что мощность панелей измеряется в Вт. Чтобы произвести расчет, нам понадобятся все ранее полученные значения, а именно:

  • Количество потребляемой электроэнергии.
  • Уровень инсоляции в вашем регионе.
  • Мощность одной батареи.

Формула для расчета выглядит следующим образом:

W = k*Pw*E/1000, где

к – фиксированное значение/коэффициент 0,5 в летний период и 0,7 в зимний.

Е – значение инсоляции за выбранный период.

Итак, представим, что вы просчитали суточное потребление энергии, которое равно 5600 Вт. Скорректируем это значение на 30% с учетом потребностей инвертора, аккумулятора и преобразования энергии. В результате получается 5600*1,3=7280Вт, можно округлить до 7300 Вт. Теперь посмотрим показатель солнечной радиации для конкретного города, например, он равняется 0,79 для зимы и 4,5 для лета. Стандартная мощность составляет 260Вт.

W зимой = 0,7*260*0,79=143Втч.

W летом = 0,5*260*4,5=585Втч.

Теперь делим общую потребность в электроэнергии на выработку солнечной батареи. Зимой, чтобы обеспечить весь дом электричеством, понадобится примерно 51 панель, а летом 13 штук мощностью в 260Вт и напряжением 24В. Так как полученное значение достаточно велико и для размещения 50 панелей понадобится большая площадь, целесообразнее купить панели с более высоким напряжением и мощностью.

Как увеличить эффективность работы солнечных батарей

Первый шаг, который пытается сделать любой владелец солнечных батарей с целью увеличить эффективность выработки электроэнергии – это заменить обычные электроприборы на экономные. Но, перед тем как это сделать, ознакомьтесь с основными рекомендациями специалистов, которые помогут повысить КПД батареи.

  • Следите, чтобы не происходило затемнения солнечного оборудования.
  • Придерживайтесь правил монтажа, от которых зависит производительность солнечных батарей.
  • Очищайте панели от грязи, пыли и наледи.
  • Старайтесь регулярно менять угол наклона панелей, чтобы солнечные лучи попадали перпендикулярно, в зависимости от месяца и времени года.
  • Используйте электроприборы классов А, А++, А+++.
  • Выбирайте правильные крепления для солнечных батарей.

Выполнять все предложенные рекомендации необходимо в комплексе. Если, к примеру, вы будете регулярно менять угол наклона панелей, но при этом забываете их очищать от грязи, то результат от ваших действий не появится. Солнечные батареи прослужат вам долго и бесперебойно при соблюдении правил эксплуатации, которые рекомендованы производителем. Если у вас возникли сложности при расчете, то вы всегда можете обратиться за помощью к специалисту по данным вопросам.

Как правильно рассчитать инвертор для солнечных батарей

Выбор инвертора должен начинаться с определения типа солнечной фотоэлектрической установки: сетевая, автономная, гибридная. Каждая из перечисленных систем имеет свои особенности, под которые подходит только специальный инвертор.

Следующий этап — это определение мощности солнечных батарей, место и способ их установки. Очень важным фактором при выборе инвертора является несоответствие тока солнечных панелей связанное с:

  • установкой части солнечных батарей под другим углом;
  • установкой солнечных батарей на различных площадках с разной ориентацией на юг;
  • проблемой периодического (дневного) затенения панелей;

Все эти факторы влияют на выбор конкретной модели инвертора, например, инвертора с двумя контроллерами MPPT или несколько отдельных инверторов в установке.

Мощность инвертора и солнечных батарей

Номинальная мощность на стороне переменного тока AC определяет максимальную мощность потребителей, которые могут быть подключены к инвертору, или максимальный объем энергии, который может быть подключен к сети. Этот параметр всегда указывается в техническом паспорте. Инвертор для оптимальной эффективности должен работать как можно ближе к номинальной мощности. Эффективность преобразования может составлять до 98% в зависимости от модели. Если мощность генерируемого тока от солнечных батарей падает, например, в пасмурный день, когда солнечная интенсивность не превышает 200 Вт/м², эффективность инвертора резко падает.

Мощность по постоянному току DC, как правило не фиксированная и определяется на основании выходной мощности. Оптимальный диапазон мощности солнечных батарей составляет от 80 до 120% от номинальной выходной мощности инвертора. Производители инверторов обычно рекомендуют немного «перегружать» инвертор по стороне постоянного тока, поскольку мощность солнечных батарей всегда задается для условий STC, которые редко достигаются на практике. Энергия порядка 1000 Вт/м² в течение всего года составляет всего от нескольких дней до нескольких часов, что составляет всего 1-2% от общего времени солнечного излучения. В оставшееся время мощность солнечного излучения не превышает 800-900 Вт/м². Это означает, что 98% времени солнечные батареи работают максимум на 80-90% от их мощности.

Кроме того, мощность солнечных батарей падает со временем эксплуатации, это связано с эффектом деградации кремниевых фотоэлементов. Этот процесс идет довольно медленно, но уже в первый год работы производительность падает в среднем на 1-2 процента. Из этого следует, что солнечные батареи никогда не достигают номинальной мощности для условий STC, предоставляемой заводом-изготовителем.

Технические характеристики инвертора — общие данные Технические характеристики инвертора — выходные данные Технические характеристики инвертора — входные данные ( для примера расчетов выбираем инвертор Fronius SYMO 10.0-3-M)

Технические характеристики инвертора

Рабочий диапазон инвертора расположен между значениями напряжения старта Udc start и максимальным напряжением Udc max. Как только напряжение постоянного тока со стороны солнечных батарей достигает значения Udc start, преобразователь активируется и начинает поиск точки максимальной мощности MPP. Если эта точка находится между Udc min и Udc start, инвертор запустится и начнет работать. Пока напряжение не превышает минимальное значение диапазона MPPT Umpp min – Umpp max, инвертор работает с неполной мощностью. Наивысшая эффективность преобразователя достигается с напряжением Vnom, так что конфигурация цепей солнечных батарей должна выдавать напряжение, близкое к Unom инвертора.

График работы инвертора солнечной электростанции

Соответствие мощности солнечных батарей

Каждый инвертор имеет диапазон напряжения MPPT, указанный в техническом паспорте. Это параметр определяет, при каком напряжении на входе постоянного тока инвертора будет обнаружена максимальная точка мощности алгоритмом MPP. Другим важным параметром, является минимальное напряжение переключения инвертора. Это значение напряжения PV-модулей, при которых инвертор запускается и начинает генерировать энергию. В нашем случае (таблица выше) диапазон MPPT составляет 200-800 В, а минимальное напряжение — 200 В.

Оба указанных значения определяют структуру подключения солнечных батарей в стринг (цепь), их количество и способ соединения (последовательный, параллельный, параллельный-последовательный). Каждая панель в стринге генерирует определенное напряжение и ток в зависимости от мгновенного освещения и соответствует вольт-амперной характеристике. Солнечные батареи, подключенные друг к другу, в зависимости от схемы (последовательно, параллельно), добавляют напряжение или ток. В любом случае эта сумма не может превышать допустимых значений для выбранной модели инвертора на стороне постоянного тока.

Читайте также:  Момент затяжки болтов и гаек на колёсах легкового автомобиля

Для примера рассмотрим, как рассчитывается количество панелей в стинг в соответствии с техническими параметрами инвертора. Для расчетов выбираем панели с мощностью 270 Вт, от компании LG с характеристиками ниже.

Технические характеристики солнечной батареи

Среди этих параметров наиболее важным для нас будет:

  • максимальная мощность — Pmpp [Вт];
  • допуск мощности — ± DPmpp [%] (Power tolerance);
  • напряжение холостого хода — Uос [В];
  • ток короткого замыкания — Isc [A];
  • напряжение при максимальной мощности — Umpp [В];
  • ток при максимальной мощности — Impp [A];
  • рабочая температура модуля в номинальных условиях — NOCT [° C] (обычно около 43 ÷ 48 ° C);
  • температурные коэффициенты для: Isc, Uoc, Pmpp, — αT, βT, γT [%/°C].

Температурные коэффициенты позволяют рассчитать напряжение и мощность, генерируемые солнечной панелью в граничных условиях, с постоянным значением солнечной радиации. В Украине панели могут работать в температурном диапазоне от -25 до + 70 °C поэтому для таких граничных условий проводятся расчеты.

Максимальный ток в цепи

Ток, генерируемый солнечными батареями, зависит от типа соединения. В последовательном соединении сила тока равна значению самого слабого звена в стринге, например, частично затенённой панели. При параллельном соединении ток равен сумме токов от отдельных панелей. Значение тока также зависит от температуры, чем она выше, тем выше генерируемый ток. Изменение интенсивности тока в зависимости от температуры определяется коэффициентом Isc панели (в нашем случае 0,04 %/K).

Максимальный ток, который может генерировать одна панель, можно рассчитать по формуле:

  • Isc (Tr) — значение тока солнечной батареи при 70 ° C;
  • Isc — значение тока в условиях STC, указанное в характеристике модуля (9,17 А);
  • Tr — максимальная температура (70 °C);
  • αT — температурный коэффициент Isc (0,04 %/K).

Isc (Tr) = 9,17 · (1 + (70-25) · 0,04 / 100) = 9,33 [A]

Из расчетов видно, что для инвертора SYMO 10.0-3-M мощностью 10 кВт на первый вход трекера MPP не рекомендуется устанавливать боле 2-х параллельно соединённых солнечных батарей, а на второй возможно только последовательное соединение. Поскольку при параллельной обвязке токи суммируются. Сумма токов от трёх панелей (3 · 9,33 = 27,99 А) будет превышать максимальное значение в 27А (I dc max1) для первого входа, а сумма токов от двух панелей в параллель (2 · 9,33 = 18,66) выше 16,5 А (I dc max2) для второго входа MPPT.

Максимальное напряжение в цепи

В отличии от тока напряжение, выдаваемое солнечной батареей, увеличивается при падении температуры панели. Расчеты проводят для граничной температуры батареи равной -25 ° C. Теоретически более высокие напряжения будут иметь место при дальнейшем падении температуры, однако на практике зимой практически невозможно получить температуру на солнечном модуле менее чем -25 ° C в условиях необходимой освещенности для начала генерации энергии. При расчете максимального напряжения учитываются напряжение холостого хода температурный коэффициент βT.

Значение максимального напряжения рассчитывается по формуле:

  • Uoc (Tr) — значение напряжения при температуре — 25 °C;
  • Uoc — напряжение холостого хода (38,5 В);
  • Tr — минимальная рабочая температура (-25 °C);
  • βT — температурный коэффициент модуля (-0,31%/K).

Uoc (Tr) = 38,5 · (1 + (-25 — 25) · (-0,31 / 100) ) = 44,46 [В]

Основываясь на этом значении, мы можем подсчитать количество модулей в стринге, соединенные последовательно.

где: UDC max — максимально допустимое значение напряжения на входе преобразователя.

Nmax ≤ 1000 / 44,46 = 22,49

Округляя до целого числа в меньшую сторону, получаем, что в один стринг можно установить до 22 солнечных батарей.

Расчет минимального количества модулей в цепи с учётом допустимого пускового напряжения инвертора

Каждый инвертор имеет минимальное напряжение на входе, в нашем случае это 200 В.

Минимальное входное напряжение инвертора Fronius SYMO 10 кВт

В свою очередь, модули достигают минимального рабочего напряжения при граничной температуре 70 ° C. Поэтому минимальное количество панелей в стринге рассчитывается для этой температуры, округляя значение вверх. В этом случае используются формулы:

  • Uoc (Tmax) — напряжение при максимальной температуре 70 ° C;
  • Uoc — напряжение холостого хода (38,5 В);
  • Tmax — максимальная рабочая температура (70 ° C);
  • βT — температурный коэффициент модуля (-0,31 %/K);
  • Nmin — минимальное количество солнечных батарей;
  • Udcstart — Подаваемое начальное напряжение (200 В).

Uoc (Tmax) = 38,5· (1 + (70 — 25) · (-0,31 / 100)) =33,13 [Вт]

Nmin ≥ 200 / 33,13 = 6,04

Принимаем ближайшее целое значение в большую сторону, таким образом рекомендуется устанавливать последовательно не менее 7 модулей в один стринг.

Определение допустимого количества модулей в цепи с учётом MPP трекера инвертора

Инвертор имеет оптимальный диапазон напряжения для работы MPP трекера. В нашем случае этот диапазон в пределах: 200-800 В.

Диапазон напряжения для работы MPP трекера инвертора Fronius SYMO 10 кВт

При определении количества модулей, подключенных к одному входу MPP, необходимо определить количество панелей, при котором вся цепь будет генерировать напряжение в рабочем диапазоне MPPT при определенных условиях. В этом случае подсчитывается максимальное и минимальное напряжение солнечной батареи для условий MPPT, при этом максимальное значение напряжения подсчитывается при -25 ° C и минимальное значение при +70 ° C. На основе этих значений рассчитывается оптимальное количество панелей по формуле:

  • Umpp (Tmax) — напряжение солнечной батареи при 70 ° C;
  • Umpp (stc) — оптимальное напряжение MPPT (31,5 В);
  • Tmax — максимальная рабочая температура (70 ° C);
  • βT — индекс температуры модуля (-0,31%/K);
  • Nmin — минимальное количество модулей в стринге;
  • Udc min — минимальное значение MPPT инвертора (200 В);

UMPP (Tmax) = 31,5 · (1 + (70 — 25) · (-0,31 / 100)) = 27,1 [В]

Nmin · UMPP(Tmax) ≥ 200

Nmin ≥ 200 / 27,1 = 7,38

Полученный результат округляем до ближайшего большего значения. Таком образом рекомендуется устанавливать не менее 8 модулей в стринг для оптимальной работы MPPT инвертора.

Проверка суммарного количества солнечных модулей с учетом номинальной мощности инвертора

Обычно производители рекомендуют подключать к инвертору солнечные батареи суммарной мощности в соотношении 0,8-1,2 к номинальной выходной мощности инвертора для оптимальной работы преобразователя. В нашем случае инвертор имеет номинальную выходную мощность P ac,r = 10 000 Вт. Таким образом оптимальное значение суммарной мощности солнечных батарей находится в диапазоне 8 000 – 12 000 Вт.

Иногда производители допускают и большее количество солнечных панелей с соотношением до 1,6. Такое подключение может быть оправдано в случае подключения цепей панелей с разным ориентированием относительно юга, наличием участков с затенением и/или в регионах с низкой солнечной интенсивностью. Проектируя систему с таким перегрузом, следует убедится, что производитель допускает такой вариант и что инвертор не потеряет гарантию при таком виде монтажа.

Рассчитаем количество модулей согласно рекомендуемому диапазону:

где: P ac,r — номинальная мощность инвертора (10 000 Вт).

Полученные значения округляем до ближайшего целого числа в большую сторону для минимального значения, и в меньшую сторону для максимального значения:

10 000 · 0,8 / 270 ≤ N sum gen ≤ 10 000 · 1,2 / 270

30 ≤ N sum gen ≤ 44

Таким образом оптимальное количество солнечных батарей должно быть в диапазоне от 30 до 44 шт.

Согласно расчетам, к инвертору 10 кВт SYMO 10.0-3-M рекомендуется подключать от 30 до 44 солнечных батарей LG 270S1C-B3. При этом в одном стринге должно быть от 8 до 22 панелей подключенных последовательно. На один из входов MPP возможно параллельное подключение панелей не более чем в 2 ряда.

Сергей Маринец

Автор — инженер по возобновляемым источникам энергии

Ссылка на основную публикацию
Советская мощь все автомобили с V8 из СССР — – автомобильный журнал
Советская мощь все автомобили с V8 из СССР - – автомобильный журнал Фраза «американский автомобиль с V8» звучит так же...
Снегоход BRP Lynx Rave RE 850 E-TEC (2018) – купить, цены – FORMULA 7
Снегоход BRP Lynx Commander 800 R E-TEC технические характеристики, двигатель, отзывы владельцев, це BRP Lynx Commander 800 R E-TEC сразу...
Снегоход Polaris 550 IQ LXT технические характеристики, отзывы, размеры, цена, фото, видео
Снегоход polaris touring 550 - МотоСнег Тестирует дилетант Текст: Леонид МиндельФото: Игорь Георгиевский Испытание снегоходов — дело для нас новое...
Советский автопром завод имени Ленинского Комсомола — — LiveJournal
Место силы культурный центр; Москвич Как столичный культурный центр объединяет традиции прошлого с вызовами настоящего. Меняться, но сохранять традиции Культурный...
Adblock detector