Расчет солнечных батарей

Какие-нибудь 10 лет назад мы еще не могли себе представить, что сегодня будем использовать солнечные батареи повсеместно, тогда о них говорили только в контексте космического оборудования, которое снабжает энергией МКС.

Солнечные батареи относятся к альтернативным источникам энергии, таким как ветряные генераторы, биотопливо и т.п., однако эти источники энергии стоит рассматривать более пристально в силу того, что энергия солнечного излучения неиссякаема до тех пор, пока светит солнце.

Принцип работы солнечной батареи

Разработка солнечных элементов

Контроль качества солнечных элементов на заводе Gigasolar

Принцип работы батареи – это преобразование солнечной энергии в электрическую. Основана работа батареи на фотоэлектрическом эффекте. В результате воздействия светом на фотоэлемент батареи энергия, вырабатываемая падающими на него фотонами, высвобождает со своей орбиты электроны, а возникающие электрические поля выстраивают освободившиеся электроны в направленный электрический ток. Принцип работы солнечных электростанций ничем не отличается, но технология немного другая.

Для правильного расчета солнечных батарей нужно учитывать много факторов – от количества потребителей электричества в доме до производителя батарей. Так, к примеру, качество китайских и германских газонных светильников на солнечных элементах отличается между собой на порядок. Чем больше и качественнее фотоэлементы в батарее, тем больше мощность солнечных батарей и больший поток электрического тока они могут выработать. Большой плюс солнечных батарей в том, что вырабатывая электрическую энергию, они абсолютно безвредны для окружающей среды.

Конструкция и установка батарей

Монтаж солнечных панелей

Монтаж и установка солнечных панелей на крыше дома

Солнечная батарея состоит из нескольких модулей, соединенных между собой либо параллельно, либо последовательно, в зависимости от требуемых параметров выходного тока. Внешне такая конструкция выглядит, как прямоугольная панель либо несколько таких панелей с неравномерно переливающейся поверхностью. На задней части панелей размещены контакты, через которые осуществляется подключение солнечных батарей к потребителям. Батареи, как правило, устанавливаются на крыше здания, они могут образовывать сплошное покрытие. Иногда переносные батареи устанавливают в виде ширм прямо на земле, но такой принцип установки встречается гораздо реже.

Эффективность солнечной батареи

Производительность и эффективность солнечной батареи напрямую зависит от активности солнечного излучения и номинальной мощности самой батареи. Соответственно, чем больше мощность батареи, тем больше электрической энергии она выдает.

Солнечные батареи характеристики и виды

Промышленность выпускает несколько видов солнечных батарей, мы рассмотрим наиболее употребляемые (а подробнее о других видах вы можете узнать в статье Виды и типы солнечных батарей):

  • тонкопленочные батареи являются самыми дешевыми, работают при рассеянном солнечном излучении. Устанавливаются на стенах зданий и помещений, в них для генерирования электроэнергии используются высоковольтные контроллеры и инверторы. К минусам этого вида нужно отнести использование больших площадей, низкий КПД – около 10%;
  • монокристаллические батареи, их чаще всего можно увидеть на крышах загородных домов, промышленных предприятий, это наиболее популярный вид солнечных батарей. Коэффициент полезного действия этих батарей в два-два с половиной раза выше, чем у тонкопленочных, примерно 20-25%;
  • поликристаллические батареи применяются так же, как и монокристаллические, КПД у них несколько ниже и не превышает 20%, но и стоимость их, обычно, ниже, чем у монокристаллических солнечных батарей.

Схема подключения монокристаллических и поликристаллических солнечных батарей

Схема подключения солнечных батарей

Схема подключения солнечных батарей

Подключаются эти два вида батарей по одному принципу. Схема подключения солнечных батарей выглядит следующим образом:

  1. Солнечные панели.
  2. Контроллер.
  3. Аккумуляторы.
  4. Инвертор.
  5. Потребители электрического тока.

Подробнее об этом в статье Оборудование для солнечных батарей

Расчет солнечных батарей

Чтобы сделать расчет мощности установки солнечных батарей, надо знать суммарную мощность всех потребителей, которые будут эксплуатироваться, а также время работы этих потребителей.

Как правило, все потребляемые мощности указаны в технической документации к приборам и оборудованию, так, бытовой холодильник среднего размера потребляет в сутки около 1000 Вт, средний телевизор – около 100 Вт/ч, ноутбук – больше 60 Вт/ч не расходует. Для расчета лучше сделать таблицу, в которую нужно занести каждый потребитель, его номинальную мощность, количество часов, которое работает потребитель в сутки, неделю, месяц, такая таблица поможет сделать расчеты более точными. Умножив номинальную мощность на количество часов, которое будет работать потребитель, получаем расходуемую мощность для каждого потребителя, затем, суммировав все потребители, получим мощность всей установки.

Если вы серьезно относитесь к таким расчетам, то обязательно проанализируете максимальное количество часов без солнца, так как вам необходимо будет рассчитать емкость аккумуляторных батарей, а она напрямую зависит от времени, которое солнечная батарея будет работать не полную мощность, или вообще работать не будет. Так в районе Москвы реально получать 500 Вт +-20% электричества в сутки с одного метра солнечных батарей.

Вам надо принять во внимание и такой момент: единственный ли у вас источник энергоснабжения солнечных батарей или ваш дом может периодически подключаться к генераторной установке либо к линии электропередачи.