Зміст
Сонячна енергія є найбільш перспективним джерелом енергії у світі. Вона має широкий спектр застосування, починаючи з генерації електрики та підігріву води, закінчуючи виробництвом харчових продуктів.
Дослідження, проведені аналітичною компанією TrendForce, показують, що світовий ринок сонячної енергетики цього року зріс на 50 %. І всупереч всім проблемам в економіці, пов’язаним з війною, в Україні також спостерігається тенденція, хоча невеликого, але зростання видобутку енергії з допомогою сонячних батарей.
У нашій країні великою популярністю користуються, як великі сонячні електростанції, так і невеликі домашні системи. Українці усвідомили важливість енергетичної незалежності для свого будинку.
Але, як визначити, скільки сонячних панелей необхідно, щоб ваш будинок став справжньою енергетичною фортецею? Скільки потрібно затратити коштів і зусиль, щоб здобути максимальну енергоефективність? У цій статті я доступною мовою розкрию всі секрети, які допоможуть відповісти вам на питання: Скільки сонячних батарей потрібно для будинку.
Сонячні панелі та їхні переваги
Перед тим, як визначити ідеальну кількість сонячних панелей для вашого будинку, важливо зрозуміти, як вони працюють і які переваги надають.
Принцип роботи сонячних батарей полягає в перетворенні енергії сонця на електроенергію, яку можна використовувати для живлення різних електроприладів у вашому домі. Більш детально дізнатися, як працює сонячна панель, ви можете зі статті в нашому блозі.
Однією з ключових переваг сонячних панелей є часткова або повна енергонезалежність, що дає можливість значно знизити рахунки за електроенергію. Крім того, використання сонячних панелей зменшує залежність від традиційних джерел енергії, таких, як газ або вугілля, що, своєю чергою, сприяє зменшенню викидів парникових газів та охороні довкілля.
Розрахунок кількості сонячних батарей для приватного будинку
Перш ніж починати розрахунок сонячних панелей для будинку чи квартири, ви мусите визначитися, яке завдання ставите перед своєю майбутньою електростанцією.
Якщо ви хочете її зробити резервним джерелом електроенергії у зв’язку з частим відключенням світла — це один варіант підрахунку кількості панелей. Ну, а якщо ви хочете побудувати повністю автономну сонячну станцію, то в цьому випадку для підрахунку застосовуються зовсім інші підходи.
І так почнемо.
Розрахунок потужності сонячних панелей
Цей спосіб підрахунку застосовують для об’єктів, які не відключають від основної мережі електроживлення, а в якості резервного джерела енергії підключають сонячні панелі. Такий варіант підключення рекомендований більшістю фахівців, тому що він є більш доступним та економічно вигідним.
Насамперед ви споживаєте енергію, вироблену власними сонячними панелями, а в разі нестачі живите будинок від загальної мережі. Ну, а в ті дні, коли ви маєте надлишок електроенергії або не користуєтеся взагалі, ви можете продавати її згідно з «Зеленим тарифом».
Для розрахунку потужності сонячних панелей необхідно враховувати такі чинники:
- Споживана потужність приладів. Розрахуйте загальну потужність усіх приладів, які ви плануєте використовувати в автономному режимі. Або увімкніть рівно на одну годину всі електроприлади, які будете використовувати одночасно. Це необхідно, щоб визначити пікове навантаження. Різниця показань лічильника до та після – це і буде цей показник.
- Коефіцієнт втрат. Враховуйте втрати енергії, які виникають у процесі перетворення та зберігання електроенергії. Зазвичай це становить 20 %.
- Середні показники сонячної радіації. Цей коефіцієнт залежить від регіону проживання.
- Час роботи приладів. Враховуйте, як довго ви плануєте використовувати кожен прилад.
Формула розрахунку потужності однієї батареї
W = k* Рп* E
де:
k — коригувальний коефіцієнт для зими й літа, який враховує зниження потужності сонячної панелі в зимові місяці через зменшення сонячної радіації;
Рп — максимальна проєктна потужність сонячної панелі;
Е — показник сонячної радіації для зимового та літнього місяців.
Згідно з формулою, кількість енергії, що виробляється однією панеллю, залежить від k — коригувального коефіцієнта (для зими k=0,7, а для літа k=1,2) і від Е- показника сонячної радіації (Таблиця-1).
Таблиця показників сонячної радіації
| Області | Січень | Лютий | Березень | Квітень | Травень | Червень | Липень | Серпень | Вересень | Жовтень | Листопад | Грудень | Серед. знач. |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Вінницька | 1,1 | 1,11 | 1,16 | 1.25 | 1,38 | 1,56 | 1,63 | 1,56 | 1,4 | 1,25 | 1,12 | 1,07 | 1,32 |
| Волинська | 1,05 | 1,06 | 1.11 | 1,19 | 1,31 | 1,49 | 1,56 | 1,5 | 1,34 | 1,2 | 1,07 | 1,02 | 1,29 |
| Дніпропетровська | 1,14 | 1,15 | 1,2 | 1,29 | 1,41 | 1,59 | 1,66 | 1,59 | 1,43 | 1,29 | 1,16 | 1,11 | 1,35 |
| Донецька | 1,16 | 1,17 | 1,22 | 1,31 | 1,43 | 1,61 | 1,68 | 1,61 | 1,45 | 1,31 | 1,18 | 1,13 | 1,36 |
| Житомирська | 1,08 | 1,09 | 1,14 | 1,23 | 1,35 | 1,53 | 1,59 | 1,53 | 1,37 | 1,23 | 1,1 | 1,05 | 1,33 |
| Закарпатська | 1,21 | 1,22 | 1,27 | 1,36 | 1,48 | 1,66 | 1,73 | 1,66 | 1,49 | 1,36 | 1,22 | 1,17 | 1,38 |
| Івано-Франківська | 1,23 | 1,24 | 1,29 | 1,38 | 1,5 | 1,68 | 1,75 | 1,68 | 1,51 | 1,38 | 1,24 | 1,19 | 1,39 |
| Київська | 1,11 | 1,12 | 1,17 | 1,26 | 1,38 | 1,56 | 1,63 | 1,56 | 1,4 | 1,26 | 1,13 | 1,08 | 1,33 |
| Кіровоградська | 1,17 | 1,18 | 1,23 | 1,32 | 1,44 | 1,62 | 1,69 | 1,62 | 1,46 | 1,32 | 1,19 | 1,14 | 1,35 |
| Луганська | 1,18 | 1,19 | 1,24 | 1,33 | 1,45 | 1,63 | 1,7 | 1,63 | 1,47 | 1,33 | 1,19 | 1,14 | 1,36 |
| Львівська | 1,09 | 1,1 | 1,15 | 1,24 | 1,36 | 1,54 | 1,6 | 1,54 | 1,38 | 1,24 | 1,11 | 1,06 | 1,32 |
| Миколаївська | 1,19 | 1,2 | 1,25 | 1,34 | 1,46 | 1,64 | 1,71 | 1,64 | 1,47 | 1,34 | 1,21 | 1,16 | 1,35 |
| Одеська | 1,17 | 1,18 | 1,23 | 1,32 | 1,44 | 1,62 | 1,69 | 1,62 | 1,46 | 1,32 | 1,19 | 1,14 | 1,36 |
| Полтавська | 1,1 | 1,11 | 1,16 | 1,25 | 1,38 | 1,56 | 1,63 | 1,56 | 1,4 | 1,25 | 1,12 | 1,07 | 1,33 |
| Рівненська | 1,06 | 1,07 | 1,12 | 1,2 | 1,32 | 1,5 | 1,57 | 1,51 | 1,35 | 1,2 | 1,07 | 1,02 | 1,29 |
| Сумська | 1,07 | 1,08 | 1,13 | 1,22 | 1,34 | 1,52 | 1,59 | 1,52 | 1,36 | 1,22 | 1,09 | 1,04 | 1,31 |
| Тернопільська | 1,14 | 1,15 | 1,2 | 1,29 | 1,41 | 1,59 | 1,66 | 1,59 | 1,43 | 1,29 | 1,16 | 1,11 | 1,32 |
| Харківська | 1,15 | 1,16 | 1,21 | 1,3 | 1,42 | 1,6 | 1,67 | 1,6 | 1,44 | 1,3 | 1,17 | 1,12 | 1,35 |
| Херсонська | 1,16 | 1,17 | 1,22 | 1,31 | 1,43 | 1,61 | 1,68 | 1,61 | 1,45 | 1,31 | 1,18 | 1,13 | 1,37 |
| Хмельницька | 1,12 | 1,13 | 1,18 | 1,27 | 1,39 | 1,57 | 1,64 | 1,57 | 1,41 | 1,27 | 1,14 | 1,09 | 1,32 |
| Черкаська | 1,12 | 1,13 | 1,18 | 1,27 | 1,39 | 1,57 | 1,64 | 1,57 | 1,41 | 1,27 | 1,14 | 1,09 | 1,33 |
| Чернігівська | 1,07 | 1,08 | 1,13 | 1,22 | 1,34 | 1,52 | 1,59 | 1,52 | 1,36 | 1,22 | 1,09 | 1,04 | 1,38 |
| Чернівецька | 1,23 | 1,24 | 1,29 | 1,38 | 1,5 | 1,68 | 1,75 | 1,68 | 1,51 | 1,38 | 1,24 | 1,19 | 1,38 |
| Крим | 1,28 | 1,29 | 1,34 | 1,43 | 1,55 | 1,73 | 1,8 | 1,73 | 1,56 | 1,43 | 1,29 | 1,24 | 1,39 |
| Київ | 1.11 | 1,12 | 1,17 | 1,26 | 1,38 | 1,56 | 1,63 | 1,56 | 1,4 | 1,26 | 1,13 | 1,08 | 1,31 |
Формула розрахунку необхідної кількості сонячних панелей
N=(Pw *1,2)/W
де:
Pw — споживана або пікова потужність,
W — реальна потужність однієї батареї.
Тепер, наприклад, проведемо розрахунок необхідної кількості сонячних панелей.
Припустимо, ви живете в Одеській області. Загальна споживана потужність приладів у вашому будинку становить 5кВт*год на день. Максимальна проєктна потужність сонячної панелі, яку ви плануєте використовувати, становить — 260 Вт. Тоді реальна потужність панелі:
Для літа: W=1,2*260*1,69=527 Вт*год
Для зими: W=0,7*260*1,14=207 Вт*год.
Мінімально необхідна кількість панелей для літа становитиме:
N=5000*1,2/527=11,4 округляємо до 12 панелей
Для зими: N=5000*1,2/207=28,9 округляємо до 30 панелей.
Як бачите, для гарантованого забезпечення енергією вашого будинку в літній і зимовий час знадобиться різна кількість сонячних панелей. І це зрозуміло, кількість сонячних днів і його тривалість істотно відрізняються. Тому, у цих формулах будемо використовувати усереднені значення.
Середнє значення коефіцієнта k, що використовується для розрахунку усередненої потужності сонячної панелі на рік в Україні, становить — 0,9.
А усереднене значення показників сонячної радіації за свою область ви можете взяти в таблиці 1.
З урахуванням цих даних:
W=0,9*260*1,36=318 Вт*год
N=5000*1,2/318=18,8 округляємо до 19 сонячних панелей.
Як бачите, для оптимального забезпечення вашого будинку і взимку, і влітку знадобиться система з 19 сонячних батарей, що повністю покриває ваші потреби в літній час, і ви навіть зможете продавати її за «Зеленим тарифом». Ну, а ось взимку нестачу електроенергії, доведеться компенсувати із загальної мережі енергопостачання, чи іншим джерелом електроенергії. Наприклад: вітряна електростанція.
Хочу зазначити, що всі прорахунки проводилися для ідеальних умов отримання реальної потужності сонячної панелі: температура 25 градусів Цельсія, інтенсивність світла 1000 Вт/м2 і кут падіння світла 90 градусів.
У реальних умовах потужність сонячної панелі відрізняється від розрахункової через різні чинники, такі як:
- Пора року й доби. У різні пори року й доби кут падіння сонячного світла на землю змінюється. Наприклад, взимку сонце нижче, ніж влітку, а вранці та ввечері нижче, ніж опівдні. Тому сонячні панелі взимку і вранці/ввечері видаватимуть менше потужності, ніж влітку й опівдні.
- Погодні умови. Хмарність, дощ, сніг, туман та інші погодні явища зменшують кількість сонячного світла, яке доходить до землі. Тому сонячні панелі в хмарну або дощову погоду видаватимуть менше потужності, ніж у ясну.
- Температура. Висока температура погіршує роботу сонячних елементів, оскільки підвищує їхній опір. Тому сонячні панелі в спекотну погоду видаватимуть менше потужності, ніж у прохолодну.
- Забруднення. Пил, бруд, пташиний послід та інші забруднювачі зменшують прозорість поверхні сонячної панелі та блокують частину світла. Тому сонячні панелі в забрудненому середовищі видаватимуть менше потужності, ніж у чистому.
- Втрата потужності в проводах. Частина потужності сонячної панелі втрачається в проводах, що з’єднують її з інвертором.
Для отримання більш точного розрахунку потужності сонячної панелі я рекомендую звернутися до компанії, яка професійно займається встановленням сонячних електростанцій у вашому регіоні.
Скільки потрібно акумуляторів для сонячних батарей?
Формула для розрахунку ємності акумулятора
C = Pw * T * DoD / U
Де:
C — ємність акумулятора в ампер-годинах
Pw — сумарна споживана потужність приладів у ватах
T — час роботи приладів у годинах
Do — глибина розряду акумуляторів у відсотках
U — напруга акумуляторів у вольтах
Мінімальний запас ємності акумуляторів мусить забезпечити вам виживання в темний час доби або в похмуру погоду. Оптимальним вважається добовий запас енергії в АКБ.
Таблиця глибини розряду акумуляторів у відсотках за їхніми типами
| Тип акумулятора | Глибина розряду |
|---|---|
| Свинцево-кислотний | 50–60 % |
| Літій-іонний | 80–90 % |
| Нікель-кадмієвий | 70–80 % |
| Нікель-металгидридний | 80–90 % |
| Літій-полімерний | 80–90 % |
Приклад розрахунку ємності акумуляторів
Використовуючи задані умови розрахуємо ємність нікель-кадмієвих акумуляторів на 24 години роботи:
C = 5000 Вт * 24 год * 0,7 / 12 В = 7000 Агод
Розрахунок ємності АКБ для 8 годин автономної роботи:
C = 5000 Вт * 8 год * 0,7 / 12 В = 2333 Агод
Отже, для забезпечення ваших потреб в електроенергії вам знадобиться акумулятор ємністю не менше 7000 Агод. А для забезпечення автономної роботи на 8 годин необхідний акумулятор ємністю 2333 Агод.
Додаткові відомості
Для забезпечення безперебійної роботи системи рекомендується використовувати акумулятори із запасом ємності.
Для захисту обладнання від перевантажень і коротких замикань необхідно використовувати автомати захисту.
Розрахунок потужності сонячних панелей і ємності акумуляторів — це важливий етап під час проєктування системи автономного енергопостачання будинку чи квартири. Дотримуючись рекомендацій, наведених у цій статті, ви зможете розрахувати приблизну кількість сонячних батарей, яка задовольнить ваші потреби.
Однак я рекомендую, для отримання більш точних результатів звернутися до фахівця з сонячної енергетики. Він врахує всі чинники, що впливають на виробництво електроенергії сонячними батареями саме у вашому регіоні/місті, і підбере для вас більш оптимальний варіант.
