Выбор инвертора и расчет аккумуляторной батареи для домашней солнечной электростанции

В статье «Пример расчета солнечных батарей для дома» мы получили значение суточного потребления – 7919,8 Вт*час и величину энергии необходимой для покрытия суточных нужд перечисленных нами приборов – 396 А*час.

Давайте сделаем классический расчет всей солнечной системы электроснабжения и в том числе солнечной батареи. Сразу хочу предупредить, в данном расчете я не преследовал цель добиться минимизации экономических показателей (этим мы займемся позже), а лишь ставил задачу показать порядок расчета.

Выбор инвертора

Исходя из перечня приборов, которые мы перечисляли, мы можем определиться с основными параметрами инвертора для нашей системы.

Во-первых, поскольку в списке приборов присутствуют устройства имеющие в своем составе двигатели: электронасос, холодильник, стиральная машина, пылесос, речь безусловно может и должна вестись об инверторе имеющем на выходе синусоидальную форму напряжения, а не квазисинусоиду.

Во-вторых, входное напряжение инвертора должно соответствовать выбранному нами напряжению – 24В.

Что касается мощности, её выбор зависит от того, как вы условитесь пользоваться вашими приборами. Если вы сочтете необходимым одновременную работу энергоемких устройств, таких, как стиральная машина, микроволновая печь, утюг и все это на “фоне” работающего холодильника, то вам придется сложить их номинальные мощности.

Вы получите пиковую мощность, которая и определит мощность инвертора (минимум 5 кВт), но сами понимаете, что если эти устройства одновременно не использовать, то мощность инвертора потребуется меньше, соответственно цена его будет ниже. Решать вам.

Учитывая оговоренный перечень приборов и разнеся их использование по времени, можно было бы ограничиться инвертором мощностью 3,0 кВт: производитель OutDack Power Technologies, модель со встроенным зарядным устройством: GVFX3024E, Grid-Interactive GVFX3024E Vented 3000 Вт, 24 В, 80 А (средней стоимостью 99500 рублей).

Смотрите также по этой теме: Инвертор: синусоида или модифицированная синусоида?

Расчет аккумуляторной батареи

Теперь давайте поговорим об аккумуляторах. О назначении аккумуляторов мы уже знаем из статьи “Аккумуляторы для солнечных батарей» . Необходимо лишь определиться как мы пользуемся домом. Если вы приезжаете по выходным дням, соответственно и основное потребление электроэнергии будет осуществляться по выходным. А вот накопление её, т.е. заряд аккумуляторов будет происходить всю неделю – с понедельника до вечера пятницы. Я, к примеру, приезжаю в свой дом по выходным.

Запас энергии предусмотрим на один день. Почему один? Потому, что за пять дней моего отсутствия вероятность полного заряда аккумуляторов достаточно высока. Можно обеспечить гарантированного запаса энергии и на два дня, но это возможно за счет увеличения общей емкости аккумуляторов, а значит и стоимости всей системы.

Целесообразно ограничиться одним днем, а когда обрисуется стоимость всей системы ещё и поиграть с вариантами комплектации и посмотреть на реакцию стоимости.

Необходимо учесть еще несколько моментов.

Первое: дело в том, что разряжать аккумуляторы на большую “глубину разряда” все равно, что собственными руками приводить их в негодность (срок службы сокращается значительно). Ориентироваться следует на 20 процентную глубину разряда.

Второе: с точки зрения безопасной эксплуатации, лучше всего пользоваться герметизированными аккумуляторами, поскольку не герметизированные в процессе работы выделяют вредные для дыхания и взрывоопасные газы. Несмотря на использование герметизированных аккумуляторов, я бы рекомендовал помещение для их установки выбрать все же хорошо проветриваемым.

Третье: по эксплуатационным характеристикам для автономной системы наиболее подходящий тип аккумуляторов, хотя и не самый дешевый – гелевые аккумуляторы (GEL) .

И последнее. Следует учитывать и температуру окружающей среды для расчета необходимой емкости аккумуляторов, если приходится эксплуатировать аккумуляторы в холодные периоды.

При пониженной температуре окружающей среды емкость аккумулятора снижается, т.е. снижается энергоемкость, которую аккумулятор способен отдать при данной температуре. Это означает, что при расчете необходимой емкости аккумулятора (или аккумуляторов) вам следует вычисленное значение емкости увеличить, чтобы создать запас на случай её понижения.

Простыми словами, вам следует вычисленную емкость умножить на соответствующий температуре коэффициент:

• 26,7С – коэф = 1,00;

• 21,2С – коэф = 1,04;

• 15,6С – коэф = 1,11;

• 10,0С – коэф = 1,19;

• 4,4С – коэф = 1,30;

• -1,1С – коэф = 1,40;

• -6,7С – коэф = 1,59.

И так. Я выбрал один день обеспечения гарантированного запаса энергии: 396 А*ч х 1 = 396 А*ч.

Учтем глубину разряда: 396 А*ч : 0,2 = 1980 А*ч.

Поскольку эксплуатирую систему лишь в летний период (речь идет о температуре внешней среды): 1980 А*ч х 1,00 = 1980 А*ч.

Таким образом общая емкость аккумулятора (или аккумуляторов) составляет 1980 А*ч.

Предположим мы выбрали GEL аккумулятор, производителя Haze, модель HZY 12-200 (средняя стоимость 18500 руб). Его номинальная емкость 200 А*ч. Давайте посчитаем какое количество аккумуляторов будет подключено параллельно: 1980 А*ч : 200 А*ч = 9,9 шт.

Округляем в большую сторону (округлять следует всегда в большую сторону, даже если цифра после запятой меньше пяти) – 10 штук аккумуляторов будут соединены параллельно.

Выясним сколько аккумуляторов будет соединено последовательно. Для этого выбранное нами напряжение системы (24 В) делим на напряжение одного аккумулятора: 24 В : 12 В = 2.

Ну и выясняем сколько всего аккумуляторов будет входить в состав аккумуляторной батареи системы: 10 х 2 = 20.

Мы получили общее количество аккумуляторов необходимых, чтобы собрать аккумуляторную батарею для системы: 20 штук.

Соединение аккумуляторов последовательно-параллельное. В данном случае это означает, что аккумуляторы попарно должны быть соединены последовательно (десять таких пар), а уже в свою очередь эти десять пар соединяются параллельно.

Посчитаем состав солнечной батареи.

Предположим мы выберем солнечный модуль 200 Вт, 24 В, монокристаллический, производства Chinaland Solar Energy, модель: CHN200-72M (средней стоимости 17500 рублей).

Для расчета солнечной батареи необходимо прежде всего определиться с солнечной инсоляцией региона где будет эксплуатироваться система. Найти данные по инсоляции можно в интернете. Найти можно по запросу “месячная и годовая солнечная радиация кВт*ч/м2” в Яндекс.

К примеру: если взять Москву (или город на широте Москвы 55,7), период эксплуатации с 1 марта по 31 сентября, наклон панели 40,0 градусов. Естественно, из всего ряда значений с марта по сентябрь включительно, я выбираю наименьшее значение, т.е. худшее из всех. Это сентябрь – 104,6. Делю это число на количество дней в месяце: 104,6 : 30 = 3,49

Таким образом мы получили среднее значение количества солнечных пиковых часов.

Напомню, наша суточная потребность составляет 7919,8 Вт*час.

Потери на заряд-разряд составят не более 20%, их мы должны учесть: 7919,8 Вт*час х 1,2 = 9503,76 Вт*ч.

Отсюда мощность солнечной батареи должна быть: 9503,76 Вт*ч : 3,49 = 2723,14 Вт.

Теперь можем определить количество модулей соединенных параллельно, с учетом их типа, который мы выбрали ранее. Для этого в указанных характеристиках модулей находим параметр пиковая мощность модуля в точке максимальной мощности (или напряжение в точке максимальной мощности и ток в точке максимальной мощности и перемножаем их).

В нашем случае напряжение в точке максимальной мощности равно 38,8 В, ток в точке максимальной мощности равен 5,15 ампера. Перемножаем их и получаем максимальную мощность в точке максимальной мощности: 38,8 В х 5,15 А = 199,82 Вт.

То есть мощность модуля в точке максимальной мощности составляет 199,82 Вт. Делим мощность солнечной батареи на этот показатель модуля и получаем искомое значение: 2723,14 Вт : 199,82 Вт = 13,63 шт.

Количество модулей соединенных последовательно (выбранное нами напряжение системы – 24 В делим на номинальное напряжение одного модуля – 24 В): 24 В : 24 В = 1

Перемножаем количество модулей соединенных параллельно и количество модулей соединенных последовательно и этим узнаем общее количество модулей: 13,63 х 1 = 13,63 штук

Опять же округляем в большую сторону. Таким образом количество солнечных модулей должно быть 14 (соединенных параллельно).

Еще не заключение

Мы проделали расчет солнечной системы, но выводы делать ещё очень рано. Я не преследовал цель минимизировать стоимость всей системы именно в этой статье. По этой причине бессмысленно высчитывать результат её стоимости.

И все-таки давайте посчитаем, это поможет нам в будущем ориентироваться в выборе режимов эксплуатации, в выборе оборудования, в наборе потребителей при уже прикладных расчетах, а не теоретических:

• Инвертор – 99500 рублей;

• Аккумуляторы – 18500 руб х 20 = 370000 рублей;

• Солнечные модули – 17500 рублей х 14 = 245000 рублей.

То есть основное оборудование обойдется в сумму 714500 рублей. Плюс материалы, плюс накладные расходы и т.д. Порядок чисел понятен. Это для полноценной системы, которая позволит, практически ни в чем себе не отказывая, эксплуатировать дом с марта по сентябрь даже не только по выходным.

Что касается зимнего периода, я специально не стал сейчас о нем говорить, поскольку у меня сформировалось свое мнение на этот счет. Эту тему мы с вами обязательно обсудим.