Как рассчитать мощность солнечной электростанции для дома и повысить КПД модулей

Какие солнечные электростанции подходят для частного дома

Расчет мощности солнечной электростанции: 7 шагов

Можно ли повысить КПД солнечных модулей?

Какие солнечные электростанции подходят для частного дома

Полностью автономные солнечные электростанции созданы для домов, не подключенных к централизованному электроснабжению. Днем автономная система снабжает дом электричеством и заряжает аккумуляторы, которые возьмут на себя обеспечение хозяйства энергией в ночное время.   

Сетевые солнечные электростанции не накапливают электроэнергию, они работают параллельно с внешней сетью по приоритетной схеме. Дом в основном снабжается от солнечных модулей, а внешняя сеть используется только ночью, при плохой погоде или при недостатке мощности. Нередко ими компенсируют и недостаток выделенной мощности - это распространенная проблема в дачных поселках, сильно ограничивающая степень комфорта в загородном доме. 

Автономная СЭС при необходимости может быть легко модернизирована до автономно-гибридной, которая будет сочетать преимущества обоих описанных выше типов. Этот тип станции может работать параллельно с сетью, обеспечивая функцию резервного питания на случай отключения централизованной подачи. 

Расчет мощности солнечной электростанции: 7 шагов 

Ориентировочные значения суммарной мощности, потребляемой домохозяйством, можно высчитать самостоятельно. Точность расчетов критически важна для автономных электростанций, критерии выбора сетевых могут быть мягче, так как у них недостаток мощности может компенсироваться за счет централизованного электроснабжения. 

1. Составляем список приборов-потребителей энергии, причем достаточно подробный. Иногда при расчетах ограничиваются "прожорливыми" потребителями, а мелкую бытовую технику записывают в графу "прочее" - это неправильный подход: бытовые приборы с нагревательными элементами (чайники, утюги, фены и пр.) во время работы могут тратить не меньше электричества, чем более крупные устройства. Очень желательно также сделать разбивку по сезонам: структура энергопотребления в зимнее время может отличаться от летней, особенно если в холода вы в дополнение к основному отоплению используете электрические обогреватели. Совсем скромных потребителей вроде мобильных устройств можно не учитывать досконально, но иметь их в виду будет не лишним.  

2. Определяем среднее время работы каждого прибора в течение суток. Это можно сделать только по результатам наблюдений, поэтому придется пару недель скрупулезно записывать, что и когда используется. Особенно важно иметь сведения о возможных комбинациях приборов, работающих одновременно более 5 минут: например, смоделировать ситуацию, когда активен компрессор холодильника, включены стиральная машина, электрический чайник и телевизор. Стоит принимать во внимание и режим дня и недельное расписание жизни домохозяйства: у семей, работающих вне дома, пик потребления электричества приходится на утро, вечер и выходные.  

3. Находим информацию об энергопотреблении каждого конкретного прибора. Она указывается в техпаспорте или в специальной наклейке на корпусе. В документации чаще всего указывается мощность прибора в ваттах, энергопотребление подсчитывается путем умножения мощности на время работы. При этом нужно учитывать, что если устройство не новое, его фактическое энергопотребление может быть выше паспортного, особенно это касается холодильников. Второй важный момент - так называемые коэффициенты пускового тока: некоторые приборы в течение короткого времени (обычно это секунды) после включения выдают резкий скачок потребления, которое может превышать номинальные значения в 2 и более раз. В доме это чаще всего холодильники, посудомоечные машины и кондиционеры, на загородном участке - погружные водяные насосы. К последним нужно относиться особенно внимательно, так как у некоторых моделей коэффициент пускового тока может составлять 3-5. Если это значение не указано в техпаспорте устройства, его можно попытаться узнать у производителя.  

Наклейка с указанием мощности прибора (электрический чайник)

4. Суммируем цифры. Умножаем данные о мощности приборов в кВт на количество часов с учетом сезонных особенностей - это будет минимальный показатель примерного среднего энергопотребления. Затем определяем максимальные показатели при одновременной работе нескольких мощных приборов с учетом пусковых токов. Для самопроверки можно воспользоваться историей показаний электросчетчиков за последний год: они должны давать примерно среднее значение между минимумом и максимумом. Если есть сильное расхождение, проверьте, все ли вы учли: иногда можно случайно забыть внести в список какой-то прибор, который находится не на виду - тот же погружной насос. 

Должны получиться примерно такие таблички:

5. Закладываем запас мощности. Здесь нужно учитывать два момента. Первое: солнечная электростанция - долговечный продукт (срок службы современных гетероструктурных модулей - 30 лет и более), за время ее эксплуатации энергопотребность вашего хозяйства наверняка возрастет. Поэтому "задел на будущее" нужно либо заложить сразу, либо предусмотреть условия для масштабирования системы по мере роста требований к ней: например, подумать, можно ли будет при необходимости найти место для размещения дополнительных солнечных модулей и вспомогательного оборудования. Второе: около 30% запаса хорошо бы иметь и для текущих нужд - ситуации бывают разные, и может случиться так, что в какие-то моменты нагрузка на солнечную электростанцию превысит ее возможности. Особенно это актуально для автономных солнечных электростанций: сетевая в случае перегрузки просто доберет недостающее от сети 220В, а автономной взять дополнительные ресурсы будет неоткуда.  

6. Получаем итоговые цифры. Упрощенный подбор станции осуществляется на основании двух параметров: суточного электропотребления (кВт*ч) и номинальной мощности приборов (Вт). Первое значение будет определять мощность системы по солнцу, второе — мощность инвертора.  

7. Выясняем площадь кровли, на которой будут установлены фотоэлектрические модули. Если сохранился проект дома, то нужные цифры можно найти в нем. Если нет - придется самостоятельно сделать замеры или обратиться за помощью к инженерам компании, в которой вы намерены заказать солнечную электростанцию. Важных моментов здесь несколько.  

    • Солнечные модули желательно устанавливать на южной или юго-восточной стороне - именно там они будут получать самое большое количество солнечной энергии.  

    • Крепить несущие конструкции на карнизный свес кровли категорически не рекомендуется, от него следует отступать до проекции стен дома. 

    • Если кровля сложной формы (многощипцовая) или на ней установлены дополнительные элементы (трубы, аэраторы), нужно расположить солнечные панели так, чтобы они не оказались в зонах затенения.  

    • Естественно, следует вычесть площадь, занятую снегозадержателями, лестницами и пр.  

Учтя все это, мы получаем полезную площадь кровли, которую можно занять фотоэлектрическими модулями, и делим ее на площадь одного модуля. Получившееся значение - максимальное число модулей, которое физически можно установить на крыше вашего дома. Умножаем его на мощность каждого отдельного модуля и сравниваем с цифрой из п. 6. Если результат больше или равен - прекрасно; если нет, то на вашем доме вряд ли удастся смонтировать электростанцию нужной мощности. Опять-таки, в случае с сетевой электростанцией это не беда, а для автономной - проблема, требующая нетривиальных решений.  

Можно ли повысить КПД солнечных модулей? 

К сожалению, гарантированно эффективных и при этом финансово выгодных способов нет. На форумах в Интернете можно встретить советы установить трекер - специальное устройство, которое будет поворачивать солнечные модули так, чтобы по возможности обеспечить их максимальную освещенность в течение всего дня. Но расчеты показывают, что выгоды в этом нет. Финансово это невыгодно, так как трекер стоит очень дорого, и выработанные с его помощью дополнительные киловатты его не окупают; к тому же трекер сам по себе затрачивает электричество, которое придется вычитать из этих дополнительных киловатт-часов. 

Именно поэтому единственный по-настоящему работающий подход - сразу выбрать модули с самым высоким КПД и смонтировать их так, чтобы они получали наибольшее количество солнечного света.  

Что касается первого условия, то, пожалуй, самыми эффективными на мировом рынке считаются модули и ячейки, изготовленные по гетероструктурной технологии.  

Производителей этого продукта пока немного, и тем более приятно знать, что один из них - российская компания "Хевел", которая не только запустила производство полного цикла, но и внесла в технологию усовершенствование, благодаря которому удалось добиться рекордных показателей энергоэффективности. Гетероструктурные модули "Хевел" превосходят по ключевым показателям модули, изготовленные по классическим кремниевым технологиям (моно- и поликристаллические).  

    • Очень высокий КПД: до 22,3 % для двусторонних модулей (BiFi +20%)), в том числе в условиях слабого освещения. 

    • Сохранение мощности при нагреве. Солнечным модулям, изготовленным по классическим технологиям, свойственна большая потеря мощности при высокой температуре. Это существенный недостаток, так как модули просто не могут не нагреваться, находясь на открытом солнце. У гетероструктурных модулей "Хевел" потеря мощности при нагреве минимальна.  

    • Низкий коэффициент деградации. Официальная Гарантия "Хевел" на выработку гетероструктурных модулей - 25 лет, реальный срок службы - 30 лет и более. За столь долгое время потеря мощности составляет не более 17% - это один из самых низких показателей, достижимых на сегодняшний день.  

Важно отметить, что в данном случае гарантия в 25 лет – не рекламный трюк, а реальное обязательство крупного отечественного производителя. «Хевел» – лидер на российском рынке по совокупному объему построенных солнечных электростанций промышленного масштаба: на оптовом рынке электроэнергии в России работает множество электростанций «Хевел» суммарной мощностью более 600 МВт.  

Если говорить о достижении максимального КПД за счет особенностей расположения солнечных модулей, то здесь остаются в силе общие рекомендации: по возможности они должны быть ориентированы на юг или юго-восток, если это затруднительно, то может потребоваться увеличение числа модулей - так можно отчасти компенсировать недостаток света. Кроме того, нужно следить, чтобы на поверхности модулей не скапливалась пыль и их не затеняли деревья, растущие вокруг дома.