Расчёт выработки энергии от солнечных батарей

 

 Основой для расчёта ожидаемой выработки энергии являются сведения по мощности солнечного излучения, которые даны в табл. 6.1. Стандартная инсоляция рассчитывается для площади в 1 квадратный метр. Известна номинальная мощность панели, которая определяется при 25 °С для стандартного потока солнечного света в 1 кВт/м².

Выработку фотоэлектрической панели будем рассчитывать по следующей формуле:

                                                                   (6.1)

где E_сб – выработка энергии солнечной батареей; E_инс – месячная инсоляция квадратного метра; P_сб – номинальная мощность солнечной батареи, η – общий КПД передачи электрического тока по проводам, контроллера солнечной батареи и инвертора при преобразовании низковольтного постоянного напряжения в стандартное;  P_инс – максимальная мощность инсоляции квадратного метра земной поверхности.

 

Таблица 6.1 – Усреднённые данные по среднемесячной энергии солнечного излучения для города Астрахань

Наклон панели к горизонту	Суммарно по месяцам, кВт·ч/м^2												Суммарно за год, кВт·ч/м^2
	Янв.	Фев.	Март	Апр.	Май	Июнь	Июль	Авг.	Сен.	Окт.	Нояб.	Дек.
0^о(гор.)	32,4	52,9	95,5	145,5	189,4	209,9	189,7	174,7	127,8	81,7	45,0	26,6	1371,1
35°	56,1	77,9	122,5	161,6	187,8	197,7	184,5	189.9	164,6	124,7	80,2	46,9	1593,6
90° (верт.)	62,1	75,9	99,5	103,0	97,1	92,0	91,8	112,1	123,2	116,5	86,4	52,7	1112,2
вращение вокруг полярной оси	69,4	96,0	157,1	218,3	268,0	293,3	269,1	276,1	229,0	164,4	102,3	57,3	2200,2

 

Поскольку для города Астрахань нет данных по среднемесячной энергии солнечного изучения для наклона солнечной батареи в 57^о (табл. 6.1), но есть данные для наклонов 35^о и 90^о, то в приближении можно воспользоваться интерполяцией. При оценке выработки учтён суммарный КПД инвертора и контроллера, равный 90 %. Максимальная мощность инсоляции квадратного метра земной поверхности обычно принимают равной 1 кВт.

Итак, посчитав по формуле 6.1. выработку всех солнечных батарей, например для января, мы получили:

Январь:

Не будем расписывать расчёт каждого месяца подробно, так как везде используется одна и та же методика. 

В итоге расчёта все солнечные батареи за год могут выработать 137393 кВт ∙ ч электроэнергии. Из этого числа за отопительный период солнечные батареи вырабатывают 50047 кВт ∙ ч энергии, а за летний – 87346 кВт ∙ ч. То есть солнечная электростанция покроет только 5,3 % от потребляемой оборудованием котельной за год.

Полученные данные по месяцам представлены в виде диаграммы (рис. 6.1). Из рисунка видно, что больше всего энергии с батарей можно получить в августе – 15564 кВт ∙ ч, меньше всего – в декабре – 4824,06 кВт ∙ ч.

 

Рис. 6.1 – Выработка энергии солнечной батареей по месяцам, кВт∙ч

Подбор необходимого электрооборудования

Выбор контроллера заряда

 

Любая автономная система электроснабжения, содержащая в своём составе аккумуляторные батареи, должна содержать в себе средства контроля заряда и разряда аккумуляторов. Особенно это относится к системам со свинцово-кислотными аккумуляторами. Дело в том, что эти аккумуляторы боятся как глубокого разряда, так и перезаряда. В случае переразряда, резко сокращается срок службы аккумуляторной батареи и также может привести к выводу из строя. Если же аккумулятор заряжен, но через него продолжает протекать зарядный ток, то это может привести в закипанию электролита и бурному газовыделению (в случае с заливными батареями) или к вспучиванию и даже взрыву герметичных аккумуляторных батарей.

Поэтому в систему автономного электроснабжения вводятся устройства, которые отключают нагрузку от аккумуляторных батарей, если они недопустимо разряжены, а также отключают источник энергии (фотоэлектрическую батарею) если аккумуляторы заряжены.

При выборе контроллера заряда важно, чтобы он подходил по напряжению и току, которое выдаёт солнечная батарея. На рынке наиболее распространены контроллеры с током зарядки/нагрузки в 10, 20, 40 и 60А и номинальным напряжением 12/24В. Так как батарея у нас обладает номинальным напряжением в 24В, то для экономии и средств и повышения эффективности будем соединять солнечные батареи параллельно, тем самым складывая их токи. Электростанция, которая у нас запланирована, насчитывает большое количество батарей, и в связи с этим мы будем использовать контроллеры заряда с максимально-возможным током. На интернет-магазине www. alibaba.com нам удалось найти контроллер заряда максимум на 200А с подходящим напряжением в 24В, модель называется PWM Solar Charge Controller 24V 200A (рис. 7.1.) от производителя GELC. Однако максимально возможная входная мощность, на которую может работать выбранный контроллер, составляет всего 4800 Вт. Подобранная нами раньше солнечная батарея обладает номинальным током в 8,17А. Выходит, что для каждого контроллера мы будем параллельно соединять по 16 батарей и получаем в итоге 23 контроллера.

В таблице 7.1. даны технико-экономические характеристики и параметры контроллера PWM Solar Charge Controller 24V 200A.

 

 

Рис.7.1 – Контроллер заряда PWM Solar Charge Controller 24V 200A

 

Работа данного контроллера основана на методе широтно-импульсной модуляции. Использование такого метода позволяет уменьшать зарядный ток по мере роста напряжения аккумуляторной батареи. При этом, ни о каких коротких замыканиях речи не идёт. При достижении аккумуляторной батареей полного заряда, процесс поступления электрической энергии прекращается, а устройство переходит в режим поддержания уровня заряда. Процесс осуществляется за счёт изменения продолжительности импульсов.

Таблица 7.1 –Технико-экономические параметры и характеристики контроллера заряда PWM Solar Charge Controller 24V 200A

Параметр	Значение
Номинальное напряжение	24В
Максимально допустимое напряжение	32В
Ток зарядки/нагрузки постоянного тока	200А
Максимальная входная мощность	4800Вт
Потребление во время работы	15мА
Рабочий температурный диапазон	от -35 до +55^оС
Цена	560$ или 26 500руб

Если быть более точным, то широтно-импульсная модуляция представляет собой процесс приближения получаемого реального сигнала к желаемому результату, имеющему два уровня или два состояния: «включено» и «выключено».