КПД солнечных батарей как рассчитать, повышение эффективности

Купить комплект автономной системы освещения 20Вт Sun Shines SL-20-10065 Sun Shines — Солнечная эне

Система уличного освещения на солнечных батареях со светодиодным светильником мощностью 20 Вт.

  • В наличии на складе в Москве
  • Доставка по всей России
  • Российское производство. Гарантия
  • Описание
  • Детали

Описание

Система создана для работы в российском климате и предназначена для замены традиционных уличных светильников с питанием от сети.

Солнечный уличный фонарь SL-20-50/40 отлично подходит для освещения участков и обьектов, на которых затруднен или невозможен подвод электрической энергии. Наша автономная система комплектуется светодиодным светильником мощностью 20 Вт и устанавливается на опоры с диаметром 89-108 мм (возможно изготовление кронштейнов с другими посадочными размерами).

Российское производство

Есть в наличии
на складе

Быстрая доставка
по всей России

Автономная система SL-20-50/40 на солнечных батареях незаменима для освещения:

  • дорог и остановок общественного транспорта вне населенных пунктов
  • отдаленных объектов, где отсутствует электрическая сеть
  • улиц и дворовых зон
  • автомобильных парковок
  • пешеходных переходов

Комплектация системы

  • Солнечная электростанция Sun Shines
  • Кронштейн для установки электростанции на опоре
  • Светильник светодиодный низковольтовый DIO SLV 20 Вт.
  • Кронштейн светильника — приставной, диам. 50 мм, длина 830 мм, угол 15°
  • Комплект крепежей, кабелей MC4, UF2
  • Датчик движения (опционально)

Солнечная электростанция «Sun Shines» выпускается в соответствии с требованиями ТУ 3487-001-44420140-2016. По желанию Заказчика система может комплектоваться солнечной батареей увеличенной мощности (до 600 Вт — 2 панели по 300 Вт) для использования в северных регионах, а также светодиодными светильниками различной мощности.

Раз, два, три….расчет произвели…

Дата публикации: 10 февраля 2014

  • Ориентировочный расчет
  • Наглядный пример в помощь
  • Деньги любят счет…

Прежде чем приступить к приобретению и монтажу солнечной энергоустановки, нужно точно для себя выяснить:

  • Существует ли необходимость в собственной автономной энергетической системе?
  • Какие задачи должны решаться с помощью солнечных батарей?

И уже, исходя из ответов на поставленные вопросы, принимать решение о покупке солнечных панелей или отказе от них. Следующий шаг – это расчет требуемой мощности. В случае использования солнечных батарей в качестве основного источника энергии показатель мощности будет один, если же Вы хотите использовать систему в качестве резервной – другой.

Первый вариант наиболее дорогостоящий, потребуется большее количество батарей, более емкий аккумулятор и т.д. Второй вариант, наоборот, менее затратный, ведь в этом случае речь идет об ограниченном числе электроприборов, которые Вы будете использовать, например, при отключении электричества. Аварийные ситуации происходят достаточно редко, поэтому даже небольшое число солнечных батарей успеет преобразовать и накопить энергию, необходимую для поддержания жизнедеятельности Вашего дома.

Ориентировочный расчет

Чтобы произвести предварительный расчет требуемой мощности системы, необходимо суммировать мощность потребителей электроэнергии, которые включаются одновременно. Это значение характеризует мощность нагрузки (Pнагр), зная которую вы сможете рассчитать мощность инвертора (Pинв) по формуле: Pинв = 1,2Pнагр. Например, при мощности нагрузки в 1кВт, мощность инвертора должна быть не ниже 1200 Вт. Правильный расчет всех компонентов системы позволит Вам получить максимальную выгоду от ее установки дома и избежать ненужных трат.

Расчет необходимого количества солнечных батарей (N) потребует знание еще нескольких показателей:

  • энергоемкость дома;
  • коэффициент инсоляции для Вашего региона (Кинс.);
  • номинальная мощность солнечных батарей, которые вы планируете использовать (Pном.).

Показателем, характеризующим энергоемкость дома, является среднесуточное потребление (Wср.сут.). Коэффициент инсоляции определяется согласно статистическим данным, которые учитывают продолжительность светового дня, количество пасмурных дней и другие показатели. Данный коэффициент находится по специальным картам солнечной инсоляции, его значения для некоторых городов России, Украины и Белоруссии приведены в таблице 1.

Читайте также:  Удостоверение МВД как выглядит и как отличить от поддельного, образец
Город Коэффициент солнечной инсоляции, кВтч/м2/день
Янв Фев Март Апр Май Июнь Июль Авг Сент Окт Нояб Дек За год
Москва 0,50 0,94 2,63 3,07 4,69 5,44 5,51 4,26 2,34 1,08 0,56 0,36 2,62
Екатеринбург 0,64 1,50 2,94 4,11 5,11 5,72 5,22 4,06 2,56 1,36 0,72 0,44 2,87
Санкт-Петербург 0,35 1,08 2,36 3,98 5,46 5,78 5,61 4,31 2,60 1,23 0,50 0,20 2,79
Киев 1,69 2,56 3,15 3,49 4,71 4,19 4,48 4,40 3,14 2,44 1,39 1,44 3,09
Ялта 1,27 2,06 3,05 4,30 5,44 5,84 6,20 5,34 4,07 2,67 1,55 1,07 3,57
Харьков 1,19 2,18 3,42 4,48 5,65 5,89 5,83 5,05 3,71 2,24 1,27 0,93 3,49
Минск 0,81 1,64 2,76 3,75 4,94 4,95 4,86 4,32 2,73 1,55 0,82 0,57 2,81
Витебск 0,72 1,50 2,70 3,87 5,20 5,24 5,21 4,24 2,75 1,52 0,80 0,51 2,86
Брест 0,88 1,61 2,69 3,80 5,00 4,97 4,78 4,34 2,86 1,65 0,87 0,68 2,85

Теперь можно произвести расчет:

Определяем выработку энергии одним солнечным модулем в сутки:

Определяем количество солнечных батарей, которое потребуется для энергообеспечения дома:

При расчете среднесуточного потребления не забывайте учитывать возможные потери на заряд/разряд аккумулятора, в среднем это значение принимают за 15-20%. Если Вы планируете использование солнечных батарей в течение всего года, коэффициент инсоляции должен выбираться наименьший за год. Расчет должен производиться не только для солнечных батарей, но и для аккумуляторов, контроллеров заряда, инвертора. Как показывает практика, тщательный расчет показателей энергосистемы, сокращает ее стоимость на 20-30%, а учитывая то, что расходы на приобретение и монтаж солнечных батарей и других элементов значительные, то экономия получается ощутимая.

Наглядный пример в помощь

Для небольшого дачного дома среднесуточное потребление электроэнергии составляет порядка 2-5 кВт*ч, для загородного коттеджа это значение может равняться 10-50 кВт*ч и даже больше. В таблице 1 приведены основные энергопотребители, которые встречаются в каждом доме. На основе представленных данных и произведем расчет.

Энергопотребитель Мощность, Вт Количество Среднесуточное время работы, ч Потребляемая мощность в сутки, кВт*ч
1 Лампа накаливания 100 3 3 0,9
2 Лампа накаливания 60 3 3 0,54
3 Телевизор 150 1 4 0,6
4 Насос 500 1 2 1
5 Холодильник 1000 1 2 2
6 Компьютер 400 1 2 0,8
7 Спутниковая антенна 30 1 4 0,12
ИТОГО: 5,96

Получается, энергоемкость нашего дома составляет 5,96 кВт, а с учетом потерь на разряд/заряд аккумулятора 5,96*1,15=6,854кВт. Допустим, что наш дом находится в Ялте, и мы планируем использовать устанавливаемую солнечную систему в течение всего года, тогда коэффициент инсоляции составит 3,57. Номинальная мощность солнечных батарей, которые мы приобрели, равняется 100 Вт. За сутки один модуль сможет вырабатывать 100*3,57=357 Вт. Вычисляем количество: 6,854/0,6426=19,2, округляем в большую сторону и получаем 20 солнечных батарей смогут обеспечить дом, потребляющий около 6000 Вт*ч/сутки.

Как видно из расчета, наиболее прожорливыми приборами являются лампы накаливания и холодильник. Чтобы снизить энергозатраты рекомендуют:

  1. Заменить лампы накаливания на светодиодные энергосберегающие, потребляя всего 4 Вт они излучают светопоток, аналогичный 90 Вт лампе накаливания.
  2. Если обклеить холодильник пенопластом и отодвинуть от стены на 15 и более сантиметров, это снизит его энергопотребление на 15%.

Деньги любят счет…

Рекомендовано использовать солнечные панели мощностью от 100 до 140 Вт, рассчитанные на работу с 12 В аккумуляторами. Более мощные образцы имеют значительный вес и площадь, что затрудняет их установку и эксплуатацию, а менее мощные модели использовать для среднего дома крайне нецелесообразно. Из этих критериев и будем рассчитывать стоимость.

Модуль, изготовленный из поликристаллического кремния, мощностью в 100 Вт стоит порядка 5000 рублей. В нашем примере количество модулей равняется 20 шт., то есть только на них мы потратим 100 тыс. рублей. К этой сумме нужно прибавить стоимость аккумуляторов, инвертора и креплений для СБ. Для системы, которую мы рассматривали в примере, понадобится 7 аккумуляторов, стоимость одного составляет около 9-10 тыс. рублей, то есть мы потратим еще около 60-70 тыс. рублей. В итоге с учетом затрат на крепления для солнечных батарей, инвертор и другие необходимые элементы получаем сумму в 200 тыс. рублей, именно столько необходимо будет потратить на автономную систему энергоснабжения для дома, потребляющего около 180 кВт в месяц. А дальше уже Вам решать, насколько будет выгодна подобная конструкция из модулей на Вашем загородном участке.

Читайте также:  Сварочный полуавтомат инверторного типа схемы самодельного устройства из инвертора

Статью подготовила Абдуллина Регина

Рассчитываем панели для автономной энергосистемы:

Солнечные батареи: как это работает

Поделитесь в соцсетях:

  • Нажмите, чтобы поделиться на Twitter (Открывается в новом окне)
  • Нажмите здесь, чтобы поделиться контентом на Facebook. (Открывается в новом окне)
  • Нажмите, чтобы поделиться на LinkedIn (Открывается в новом окне)
  • Нажмите, чтобы поделиться записями на Pocket (Открывается в новом окне)
  • Нажмите, чтобы поделиться в Telegram (Открывается в новом окне)

Солнечные батареи уже сейчас используются для питания самой разнообразной техники: от мобильных гаджетов до электромобилей. Как устроены, какими бывают и на что способны современные солнечные батареи, вы узнаете из этой статьи.

История создания

Так исторически сложилось, что солнечные батареи – это уже вторая попытка человечества обуздать безграничную энергию Солнца и заставить ее работать себе на благо. Первыми появились солнечные коллекторы (солнечные термальные электростанции), в которых электричество вырабатывает нагретая до температуры кипения под сконцентрированными солнечными лучами вода.

Солнечная термальная электростанция в испанском городе Севилья

Солнечные же батареи производят непосредственно электричество, что намного эффективнее. При прямой трансформации теряется значительно меньше энергии, чем при многоступенчатой, как у коллекторов (концентрация солнечных лучей, нагрев воды и выделение пара, вращение паровой турбины и только в конце выработка электричества генератором).

Современные солнечные батареи состоят из цепи фотоэлементов – полупроводниковых устройств, преобразующих солнечную энергию напрямую в электрический ток. Процесс преобразования энергии солнца в электрической ток называется фотоэлектрическим эффектом.

Данное явление открыл французский физик Александр Эдмон Беккерель в середине XIX века. Первый же действующий фотоэлемент спустя полвека создал русский ученый Александр Столетов. А уже в двадцатом столетии фотоэлектрический эффект количественно описал не требующий представления Альберт Эйнштейн.

Беккерель, Столетов и Эйнштейн – именно этому «трио» ученых мы обязаны созданием солнечных батарей

Принцип работы

Полупроводник – это такой материал, в атомах которого либо есть лишние электроны (n-тип), либо наоборот, их не хватает (p-тип). Соответственно, полупроводниковый фотоэлемент состоит из двух слоев с разной проводимостью. В качестве катода используется n-слой, а в качестве анода – p-слой.

Лишние электроны из n-слоя могут покидать свои атомы, тогда как p-слой эти электроны захватывает. Именно лучи света «выбивают» электроны из атомов n-слоя, после чего они летят в p-слой занимать пустующие места. Таким способом электроны бегут по кругу, выходя из p-слоя, проходя через нагрузку (в данном случае аккумулятор) и возвращаясь в n-слой.

Схема работы фотоэлемента

Первым в истории фотоэлектрическим материалом был селен. Именно с его помощью производили фотоэлементы в конце XIX и начале XX веков. Но учитывая крайне малый КПД (менее 1 процента), селену сразу же начали искать замену.

Массовое же производство солнечных батарей стало возможным после того как телекоммуникационная компания Bell Telephone разработала фотоэлемент на основе кремния. Он до сих пор остается самым распространенным материалом в производстве солнечных батарей. Правда, очистка кремния – процесс крайне затратный, а потому мало-помалу пробуются альтернативы: соединения меди, индия, галлия и кадмия.

Селен – исторически первый, а кремний – самый массовый материал в производстве фотоэлементов

Понятное дело, что мощности отдельных фотоэлементов недостаточно, чтобы питать мощные электроприборы. Поэтому их объединяют в электрическую цепь, тем самым формируя солнечную батарею (другое название – солнечная панель).

На каркас солнечной батареи фотоэлементы крепятся таким образом, чтобы их в случае выхода из строя можно было заменять по одному. Для защиты от воздействия внешних факторов всю конструкцию покрывают прочным пластиком или закаленным стеклом.

Мобильный телефон Samsung E1107 оснащен солнечной батареей

Читайте также:  H81M-E32 Motherboard - The world leader in motherboard design MSI Россия

Существующие разновидности

Классифицируются солнечные батареи по мощности вырабатываемого электричества, которая зависит от площади панели и ее конструкции. Мощность потока солнечных лучей на экваторе достигает 1 кВт, тогда как в наших краях в облачную погоду она может опускаться ниже 100 Вт. В качестве примера возьмем средний показатель (500 Вт) и в дальнейших расчетах будем отталкиваться от него.

Наручные часы Citizen Eco-Drive с солнечной батареей вместо циферблата

Самым низким коэффициентом фотоэлектрического преобразования обладают аморфные, фотохимические и органические фотоэлементы. У первых двух типов он равен примерно 10 процентам, а у последнего – всего лишь 5 процентам. Это означает, что при мощности солнечного потока в 500 Вт солнечная панель площадью один квадратный метр будет вырабатывать соответственно 50 и 25 Вт электроэнергии.

Монтаж солнечных панелей на крыше жилого дома

В противовес вышеупомянутым типам фотоэлементов выступают солнечные батареи на основе кремниевых полупроводников. Коэффициент фотоэлектрического преобразования на уровне 20%, а при благоприятных условиях — и 25% для них привычное дело. Как результат, мощность метровой солнечной панели может достигать 125 Вт.

Гоночный электромобиль Honda Dream на солнечных батареях появился еще в 1996 г.

Конкурировать по мощности с кремниевыми солнечными батареями способны разве что решения на основе арсенида галлия. Используя это соединение, инженеры научились создавать многослойные фотоэлементы с КФП свыше 30% (до 150 Вт электричества с квадратного метра).

Портативная солнечная панель Solarland мощностью 130 Вт и стоимостью $860

Если же говорить о площади солнечных батарей, то существуют как миниатюрные «пластинки» мощностью до 10 Вт (для частой транспортировки), так и широченные «листы» на 200 Вт и более (сугубо для стационарного использования).

Беспилотный самолет, разработанный NASA Ames Research Center, способен на солнечной энергии пролететь от восточного побережья США до западного

На работу солнечных батарей может негативно влиять ряд факторов. К примеру, с ростом температуры снижается КФП фотоэлементов. Это при том, что солнечные батареи как раз-то и устанавливают в жарких солнечных странах. Получается своеобразная палка о двух концах.

Солнечную батарею Voltaic можно носить у себя за спиной

А если затемнить часть солнечной панели, то неактивные фотоэлементы не только прекращают вырабатывать электричество, но и становятся дополнительной, зловредной нагрузкой.

«Солнечное дерево – культурный и одновременно научный символ австрийского городка Глайсдорф

Крупнейшие производители

Лидерами глобального производства солнечных батарей являются компании Suntech, Yingli, Trina Solar, First Solar и Sharp Solar. Первые три представляют Китай, четвертая – США, а пятая, как нетрудно догадаться, является подразделением японской корпорации Sharp.

Гольфкар на солнечных батареях – бесшумное и экологически чистое средство передвижения

Американская компания First Solar не только производит солнечные батареи, но и принимает непосредственное участие в проектировании и строительстве солнечных электростанций. Мощнейшая в мире СЭС Агуа-Калиенте, которая находится в штате Аризона, США – дело рук инженеров First Solar.

Крупнейшую же украинскую СЭС «Перово» строила и снабжала солнечными панелями австрийская компания Activ Solar.

Китайская же компания Suntech прославилась тем, что готовила к летней Олимпиаде-2008 футбольный стадион под названием «Птичье гнездо» в Пекине. Вырабатываемая на протяжении дня с помощью солнечных батарей электроэнергия аккумулируется, а затем используется для освещения стадиона, полива травы на футбольном поле и работы телекоммуникационного оборудования.

Национальный стадион в Пекине густо усеян солнечными батареями производства Suntech

Выводы

Еще два десятилетия назад диковинкой казались микрокалькуляторы с фотоэлементами, что позволяло не менять в них «батарейку-таблетку» годами. Сейчас же мобильные телефоны со встроенной в заднюю крышку солнечной панелью никого не удивляют. А ведь это мелочь в сравнении с автомобилями и самолетами (пусть и беспилотными), которые научились передвигаться при помощи одной лишь солнечной энергии.

Будущее солнечных батарей видится точно таким же светлым, как само солнце. Хочется верить, что именно солнечные батареи позволят наконец-то вылечить смартфоны и планшеты от «розеткозависимости».

Ссылка на основную публикацию
Коэффициент вязкости воды
Определение вязкости В любой жидкости под влиянием внешней силы происходит перемещение молекул вещества относительно друг друга. Возникающее при этом трение...
Копирайтинг на свадебную тематику — Textmark — тексты
Лада неВеста - подборка рекламы не Весты ( 8 фото) Глум Короче, Автоваз напрягся и напрягся так, что рекламный рынок...
Копировально-фрезерный станок своими жи,видео
Изготовление пантографа для фрезера своими руками, с чертежами Фрезерование – это вид механической обработки материалов при помощи специального режущего инструмента...
КПД двигателя внутреннего сгорания – познаем эффективность в сравнении
Бензин, дизель, электро, водород и гибрид какой двигатель наиболее эффективный; Богдан-Авто Холдинг Электро Интересно, что принцип работы электродвигателя был открыт...
Adblock detector