Энергосберегающие технологии для дома

где E_сб -- выработка энергии солнечной батареей; E_инс -- месячная инсоляция квадратного метра (из таблицы инсоляции); P_сб -- номинальная мощность солнечной батареи; з -- общий КПД передачи электрического тока по проводам, контроллера солнечной батареи и инвертора при преобразовании низковольтного постоянного напряжения в стандартное (если предполагается использовать низковольтное напряжение напрямую, то при достаточно толстых и коротких проводах з можно приравнять к 1, т.е. не учитывать); P_инс -- максимальная мощность инсоляции квадратного метра земной поверхности (1000 Вт). Инсоляция и желаемая выработка должны быть в одних и тех же единицах (либо киловатт-часах, либо джоулях).Можно оценить номинальную мощность солнечной батареи, требуемую для обеспечения необходимой месячной выработки.

P_сб = P_инс · E_сб / (E_инс · з) (2).

Во-первых, расчёт таблицы проводился по средним величинам за годы наблюдений. В годы с аномальной погодой месячная выработка может отличаться от этих значений на десяток-другой процентов, а то и больше.

1, для значительной части территории России зимой (ноябрь-январь) характерны длительные периоды тяжёлой облачности (помимо толстого слоя облаков сказывается ещё и низкая высота солнца над горизонтом, так что его лучи «пробивают» облачность не вертикально, по кратчайшему пути, а почти горизонтально, теряя в разы больше энергии). С учётом короткого дня (реально в такие пасмурные дни более-менее светло лишь 5-6 часов) суточная выработка солнечной батареи даже при оптимальной для зимы ориентации не превысит 0.2 кВт·ч на каждый киловатт номинальной мощности, а то и ещё меньше. Впрочем, если солнце взошло, то при любой облачности минимум20 Вт·ч на киловатт номинальной мощности практически гарантированы

Конечно, если солнечная энергия изначально является хоть и важным, но не единственным источником электричества, актуальность данной проблемы существенно снижается. Поэтому описанная проблема наиболее актуальна для жителей западных и северо-западных регионов России. В тёплый период года многодневная тяжёлая облачность не так вероятна, световой день намного длиннее, а солнце поднимается выше над горизонтом. Система солнечного электроснабжения имеет свои особенности. В таких системах велики погодные и сезонные колебания поступления энергии. Тем не менее, в отличие от, скажем, ветрогенераторов, где ветер может дуть много дней подряд, а потом также много дней будет стоять безветрие, в солнечных системах поступление энергии регулярно прекращается каждую ночь, но каждый день оно не менее регулярно возобновляется, -- в ясные дни в полной мере, а если погода пасмурная, то хотя бы в небольшой степени. Поэтому можно рассчитывать на конечную и вполне определённую длительность периодов полного отсутствия притока энергии.

Размеры готовых панелей обычно не слишком велики и не превышают полтора-два квадратных метра при номинальной мощности до 200-300 Вт. Панели заводского изготовления часто имеют прямоугольную форму с соотношением сторон 1:2 или близким к нему. Поэтому если предполагается их монтаж вплотную в несколько рядов, то размещать их можно «стоя» (длинной стороной вертикально) или «лёжа на боку» (длинной стороной горизонтально). Возникает вопрос -- какую ориентацию предпочесть? Ответ -- ту, при которой во время движения Солнца минимум панелей будут испытывать полутень, так как даже один затенённый элемент резко снижает выработку всей панели. Например, если в предполагаемом месте установки наиболее вероятно вертикальное смещение границы затенения (от конька соседской крыши, от высокого глухого длинного забора, от полосы кустарника, от верхушек близкого леса и пр.), то панели лучше располагать «лёжа на боку». Если же тень в основном будет перемещаться по горизонтали от одной боковой стороны к другой (скажем, тени от угла высокого дома, от толстого столба, от высокого дерева), то панели лучше располагать «стоя». Дополнительно можно заметить, что при вертикальном расположении панелей меньше число горизонтальных стыков, что способствует лучшему смыванию пыли и сходу снега с панелей, поэтому панели, которые ничто не будет затенять, лучше монтировать «стоя». Но если возможно затенение панелей, то приоритетно преимущественное направление затенения и выхода из тени.

В настоящее время почти все промышленно изготовленные панели фотоэлементов большой мощности имеют номинальное напряжение либо 12 В, либо 24 В Лучше выбирать 24-вольтовые панели, поскольку рабочие токи у них вдвое меньше, чем у 12-вольтовых той же мощности. Панели с номинальным напряжением выше 24 В встречаются редко и обычно собираются из более низковольтных. 12-вольтовые панели оправданы лишь в двух случаях -- для систем, где 12 вольт являются рабочим напряжением инвертора (обычно это системы мощностью не более 1.5 кВт), а также если по архитектурным или конструктивным соображениям необходимо использовать панели малого размера, для которых не существует вариантов на 24 В.Прямые солнечные лучи не могут одновременно освещать две противоположные стены или два противоположных крутых ската крыши, а мощность, вырабатываемая батареей при отсутствии прямой засветки, падает раз в 10 , такая «сплит-система» будет дороже, чем «моноблочная» система с той же рабочей мощностью, но с единым полем фотопанелей, ориентированным на юг, -- ведь панелей надо больше! В чём же преимущество «сплит-системы» над «моноблочной»?

В период длинных дней, когда Солнце всходит на востоке или даже северо-востоке, а заходит на западе или северо-западе, одно из полей «сплит-системы» всегда будет освещено Солнцем и потому сможет выдавать хорошую мощность. Лишь в полдень солнечные лучи будут скользить по обоим полям панелей, но в это время солнечный свет максимален, и воспринимаемое обоими панелями излучение весьма существенно. Но на большей части территории России зима пасмурная, а в пасмурные дни важна суммарная мощность всех фотопанелей, так что и здесь «моноблок» проигрывает. Особенно эффективно такое размещение фотопанелей в южных районах, где меньше разность между летними и зимними днями и даже зимой солнце поднимается довольно высоко и достаточно далеко заходит на восток и запад.

Если же дом ориентирован по сторонам света не стенами, а углами, то можно поместить поля фотопанелей не на противоположные стороны (восток и запад), а на смежные юго-восток и юго-запад, -- тогда и зимой даже в нашей Средней полосе эта система будет вне конкуренции, хотя во избежание перегрузки контроллеров «избыток» мощности, возможно, придётся снизить до 70%, а то и до 50%.

В современных системах контроллер заряда стоит между солнечной батареей и аккумуляторами. Его главная задача -- это нормировать напряжение, вырабатываемое панелями фотоэлементов, к напряжению, необходимому для заряда аккумуляторов с учётом их текущего состояния, в том числе отключая их от фотоэлементов при полной зарядке во избежание перезаряда. Наиболее распространены контроллеры, рассчитанные на ток в 10 .. 20 А, иногда на 30 А. Более мощные контроллеры встречаются реже и стоят значительно дороже. Поэтому лучше иметь запас мощности контроллера заряда, чем объединять несколько маломощных контроллеров.

Ни в коем случае не следует использовать мультивольтажные контроллеры солнечных батарей в качестве преобразователя напряжения, подключая к любым другим источникам электричества, кроме самих солнечных батарей. При превышении нагрузки солнечные батареи «просаживают» напряжение, весьма слабо увеличивая ток. Большинство же других источников электроэнергии в подобной ситуации резко увеличивают ток при относительно небольшом снижении напряжения, а такое повышение тока практически гарантирует «выжигание» контроллера или, в лучшем случае, срабатывание его защиты от перегрузки. Особенно много проблем возникает тогда, когда в обоих фрагментах системы имеются мощные блоки, накапливающие или вырабатывающие энергию.

Размещено на Allbest.ru