У наш сучасний час активно розвиваються різні технології, які забезпечують максимальний комфорт в людській діяльності. Зокрема, варто відзначити, що повним ходом йдуть розробки альтернативних джерел енергії. Яскравий тому приклад – сонячні батареї, які тепер можна встановити на даху власного житла. Причому придбати їх може будь-хто. Це особливо актуально в тих випадках, коли будинок розташований на віддалі від ЛЕП. Але щоб відчути всю користь і вигоду такого рішення, необхідний правильний розрахунок сонячних батарей.
Загальні відомості
Фотоелектричний ефект – це фізичне явище, яке було відкрито ще в 1887 році і стало основою розробки сонячних панелей для отримання електроенергії. Під впливом світла (фотонів) або будь-якого іншого електромагнітного випромінювання енергія цих частинок передається електронам речовини. Іншими словами, можна з допомогою сонця отримувати електрику.
Після відкриття даного фізичного явища виникла необхідність в його контролі. З цією метою були створені фотоелементи – спеціальні електронні пристрої компактного розміру. Вони включають в себе напівпровідникові матеріали.
В умовах промислового виробництва стало можливим об’єднання мікроскопічних перетворювачів в масивні і ефективні панелі. Багато сучасні підприємства випускають кремнієві модульні конструкції у великому обсязі. Їх ККД становить близько 18-22%.
Сонячна батарея включає кілька подібних модулів, через які фотони сонячного світла надходять в електричний ланцюг у вигляді постійного струму. Далі вони надходять в акумулюючі пристрої перетворюються на заряд змінного струму (220 Вольт). Отримана електрична енергія дозволяє функціонувати домашнім приладів.
Особливості розрахунку сонячних батарей для будинку
Дана операція зводиться, насамперед, до визначення їх потужності. А для цього необхідно знати, яка енергетична навантаження лягатиме на всю конструкцію. Іншими словами, скільки кіловат енергії буде споживатися щомісяця.
Показання ці можна визначити, керуючись спостереженням за електричним лічильником. І якщо значення знаходиться в межах 100 кВт, то і панелі слід купувати саме ті, які здатні генерувати таку кількість енергії.
Також варто враховувати, що робота сонячних батарей в повноцінному режимі можлива лише при денному світлі. Повноцінна видача буде тільки в тому випадку, коли небо чисте. При зміні кута падіння сонячних променів, а також появі на горизонті хмаринок потужність знизиться на 20%. Те ж саме буде відбуватися і в похмуру погоду. Про це не варто забувати.
Тобто в процесі розрахунку сонячних батарей для приватного будинку слід брати той період часу, коли вони працюють в повну силу. Як правило, це 7 годин – з 9 ранку до 16 години дня. При цьому в літній сезон панелі можуть працювати від світанку до заходу. Але раніше відсоток працездатності буде лише в районі 20-30 %. У зазначені вище годинник можна отримати решту 70 %.
Потужність
Як ми вже зрозуміли, основний фактор, який слід враховувати при розрахунку сонячних панелей, це енергетична навантаження. Адже продуктивність батарей багато в чому залежить від кількості енергії, необхідної для забезпечення будинку:
- Створення повноцінного станції вимагає використання потужних панелей – від 150 до 250 Вт.
- Для підтримки працездатності лише дачного освітлення можна обійтися малопотужними батареями – не більше 50 Вт, чого цілком вистачить.
Як же провести подібні розрахунки?
Базове енергоспоживання
До того як проводити розрахунок сонячної батареї і акумулятори, необхідно визначити загальну потужність всіх споживачів електричного струму. З цією метою енергоспоживання кожної одиниці (прилади, лампочки тощо) помножити на кількість годин її використання протягом дня.
Після цього слід скласти всі отримані дані. У підсумку вийде норма споживання електроенергії за день (в кіловат-годинах). Саме стільки повинні виробляти сонячні панелі, причому це мінімальне значення. Від цих даних будуть залежати подальші розрахунки стосовно кількість панелей, їх вартості та інших параметрів.
Проте вся система складається не тільки з сонячних панелей, сюди включені і інші складові:
- інвертори;
- акумулятори;
- зарядні контролери.
При розрахунку потужності сонячних батарей для будинку це також не варто скидати з рахунків! В акумуляторах спостерігається зниження енергії – до 20 %. У зв’язку з цим при подальших розрахунках отримане базове значення необхідно збільшити на цю величину.
Споживачі електроенергії
У кожному будинку можна зустріти певну кількість самих необхідних приладів. Завжди в певні години буде працювати наступна техніка:
- холодильник;
- телевізор;
- комп’ютер;
- пральна машина;
- бойлер;
- праска;
- мікрохвильова піч (проте вона є далеко не у всіх).
Також є й інші прилади, у відсутності яких життя втрачає потрібний рівень комфорту. Крім того, на території приватної нерухомості щодня загоряється певну кількість лампочок, яке може доходити до сотні.
У таблиці нижче наведена потужність електричних приладів, які використовуються найчастіше.
Побутовий прилад | Показник потужності (Вт) | Приблизна тривалість роботи протягом одного дня (години) | Добове споживання (кВт*год) |
Мікрохвильовка | 500 | 2 | 3 |
Телевізор | 150 | 5 | 0,8 |
Пральна машинка | 500 | 6 | 3 |
Холодильник | 500 | 3 | 1,5 |
Лампочки | 200 | Близько 10 | 2 |
Праска | 1500 | 1 | 1,5 |
Ноутбук | 100 | 5 | 0,5 |
Бойлер на 150 літрів | 1,2 | 5 | 6 |
Контролер | 5 | 24 | 0,1 |
Інвертор | 20 | 24 | 0,5 |
З цією таблицею зручно провести нескладний математичний розрахунок сонячних батарей. На даному конкретному прикладі значення добового споживання становить 18,9 кВт⋅год. Тільки це без урахування того, чим ми зазвичай користуємося не кожен день – електричний чайник, фен, насос, кухонний комбайн і т. д. Таким чином, в середньому може вийти до 25 кВт⋅год (не менше).
Важливий момент – інсоляція
Перед тим як почати підрахунок кількості сонячних панелей, слід враховувати і таке поняття, як інсоляція. Грубо кажучи, під цим терміном слід розуміти кількість енергії сонячного світла, що падає на одиницю площі. Це дуже важливий параметр, без якого неможливо визначити, скільки саме панелей слід купувати.
Адже навіть якщо сонячного світла буде недостатньо, то якою б потужною не була б батарея, вона не зможе видати необхідну потужність. Отже, потрібно розуміти всю важливість цього параметра при розрахунку сонячних батарей. Адже від цього буде залежати необхідний рівень енергопостачання.
Звичайно, даний параметр суто індивідуальний для кожного конкретно взятого регіону території країни. Отримати ці необхідні відомості можна двома шляхами:
- спеціалізовані довідники;
- електронні ресурси метеорологічної спрямованості.
Як можна зрозуміти, максимальне значення інсоляції буде припадати на літній період. Мінімальні значення – переважно в холодні місяці.
Кількість батарей
Тепер можна зайнятися підрахунком кількості панелей. Для цього знайдене значення базового споживання електричної енергії за добу потрібно поділити на дані інсоляції необхідного місяця.
При цьому важливо розуміти, що підрахунок необхідно проводити помісячно, оскільки дані можуть змінюватись в різному і деколи істотною мірою. Тепер залишається отримане значення в результаті розрахунку кількості сонячних батарей ще раз поділити, тільки вже на параметр потужності обраної панелі. Ця характеристика вказується в паспорті. Якщо в результаті виходить дробове число, то воно заокруглюється до цілого значення і лише в більшу сторону. Це і буде остаточним результатом.
Звісно, чим більша продуктивність у панелі, тим менша їх кількість доведеться брати. А тут вже всі головним чином залежить від розмірів сімейного бюджету і площі даху. У той же час необхідно враховувати і період роботи всієї системи. Адже при зниженні інсоляції сонячних панелей потрібно більше, ніж за умов норми.
Раціональний витрата
Замислюючись над розрахунком сонячних батарей, варто приділити увагу освітленості. А адже як вже було раніше помічено, кількість ламп на території приватного будинку може бути великим – 100 або більше. З цієї причини варто звернути увагу на енергозберігаючі лампочки. В результаті можна забезпечити значну економію в плані енергоспоживання.
До всього іншого слід придбати побутову техніку не нижче класу A і навіть A+, A++, A+++. Зрештою, така міра дозволить помітно скоротити витрати, які підуть на покупку сонячних панелей. До того ж більшість сучасних приладів якраз розрахована на споживання 12 Ст.
А саме стільки і здатні видавати фотопанелі, без використання додаткових пристроїв для перетворення постійного струму в змінну напругу.
Математичний приклад
У розрахунку кількості сонячних батарей для будинку слід враховувати, в який сезон року вся система буде працювати в повному режимі. І знову-таки тут все обумовлено інсоляцією. В залежності від місяця може знадобитися різна кількість фотопанелей.
Для більш ясного розуміння варто навести конкретний приклад:
- Приміром, добове споживання електроенергії в будинку складе 15 кВт*год.
- Параметр інсоляції – 3 кВт*год/м2.
- Потужність однієї панелі становить 300 Вт або 0,3 кВт.
Розрахунок необхідної кількості батарей (позначимо буквою N): N=15/3/0,3=16,6. Округливши отримане значення до цілого числа в більшу сторону, отримуємо результат – 17 панелей.
Однак взимку інсоляція істотно знижується і може скласти 1 кВт*год./м2. У цьому випадку батарей знадобиться значно більше – до 50.
Ряд нюансів
З одного боку, відмова залежно центрального електропостачання передбачає певні плюси. Але є і зворотна сторона медалі – така міра таїть в собі деякі нюанси, які не слід скидати з рахунків. І насамперед необхідно розуміти, що сонце не світитиме круглі місяці, без «перерви» – адже світила теж потрібен відпочинок.
З цієї причини в ході розрахунків сонячних батарей слід звіритися з архівом погодних умов в регіоні проживання з метою визначення кількості похмурих доби. Можна зауважити, що як мінімум 7 днів у одному місяці – це період несприятливої погоди. В цей час сонячні панелі не зможу давати необхідну кількість електричної енергії.
До всього іншого, необхідно не забувати про скорочення дня восени і навесні. Відповідно кількість хмарних днів збільшується. У зв’язку з цим для отримання сонячної енергії з березня по жовтень, слід збільшити масив панелей до 50 % залежно від регіону проживання.
