Расчёт фотоэлектрической системы

Расчёт фотоэлектрической системы

Расчёт фотоэлектрической системы

Все фотоэлектрические системы (ФЭС) можно разделить на два типа : автономные и соединенные с электрической сетью. Станции второго типа отдают излишки энергии в сеть, которая служит резервом в случае возникновения внутреннего дефицита энергии.

Автономная система в общем случае состоит из набора солнечных модулей, размещенных на опорной конструкции или на крыше, аккумуляторной батареи (АКБ), контроллера разряда – заряда аккумулятора, соединительных кабелей. Если потребителю необходимо иметь переменное напряжение, то к этому комплекту добавляется инвертор-преобразователь постоянного напряжения в переменное.

Под расчетом ФЭС понимается определение номинальной мощности модулей, их количества, схемы соединения; выбор типа, условий эксплуатации и емкости АКБ; мощностей инвертора и контроллера заряда-разряда; определение параметров соединительных кабелей.

Прежде всего надо определить суммарную мощность всех потребителей, подключаемых одновременно. Мощность каждого из них измеряется в ваттах и указана в паспортах изделий. На этом этапе уже можно выбрать мощность инвертора, которая должна быть не менее, чем в 1,25 раза больше расчетной.

Следует иметь в виду, что такой хитрый прибор как компрессорный холодильник в момент запуска потребляет мощность в 7 раз больше паспортной. Номинальный ряд инверторов 150, 300, 500, 800, 1500, 2500, 5000 Вт. Для мощных станций (более 1кВт) напряжение станции выбирается не менее 48 В, т.к.

на больших мощностях инверторы лучше работают с более высоких исходных напряжений.

Следующий этап – это определение емкости АКБ. Емкость АКБ выбирается из стандартного ряда емкостей с округлением в сторону, большую расчетной. А расчетная емкость получается простым делением суммарной мощности потребителей на произведение напряжения АКБ на значение глубина разряда аккумулятора в долях.

Например, если суммарная мощность потребителей 1000 Втч в сутки, а допустимая глубина разряда АКБ 12 В – 50 %, то расчетная емкость составит :

1000 / (12 * 0,5) = 167 Ач

При расчете емкости АКБ в полностью автономном режиме необходимо принимать во внимание и наличие в природе пасмурных дней в течении которых аккумулятор должен обеспечивать работу потребителей.

Последний этап –это определение суммарной мощности и количества солнечных модулей. Для расчета потребуется значение солнечной радиации, которое берется в период работы станции, когда солнечная радиация минимальна. В случае круглогодичного использования – это декабрь.

В разделе “метеорология” даны месячные и суммарные годовые значения солнечной радиации для основных регионов России, а также с градацией по различным ориентациям световоспринимающей плоскости.

Взяв оттуда значение солнечной радиации за интересующий нас период и разделив его на 1000, получим так называмое количество пикочасов, т.е., условное время, в течении которого солнце светит как бы с интенсивностью 1000 Вт/м2 .

Например, для широты Москвы и месяца-июля значение солнечной радиации составляет 167 кВтч/м2 при ориентации площадки на юг под углом 40о к горизонту.

Это значит, что среднестатистически солнце светит в июле 167 часов (5,5 часов в день) с интнсивностью 1000 Вт/м2 , хотя максимальная освещенность в полдень на площадке, ориентированной перпендикулярно световому потоку, не превышает 700-750 Вт/м2 .

Модуль мощностью Рw в течении выбранного периода выработает следующее количество энергии :

W = k Pw E / 1000, где Е – значение инсоляции за выбранный период, k- коэффициент равный 0,5 летом и 0,7 в зимний период.

Он (k) делает поправку на потерю мощности солнечных элементов при нагреве на солнце, а также учитывает наклонное падение лучей на поверхность модулей в течении дня.

Разница в его значении зимой и летом обусловлена меньшим нагревом элементов в зимний период.

Исходя из суммарной мощности потребляемой энергии и приведенной выше формулы – легко расчитать суммарную мощность модулей. А зная ее, простым делением ее на мощность одного модуля, получим количество модулей.

При создании ФЭС настоятельно рекомендуется максимально снизить мощность потребителей. Например, в качестве осветителей использовать (по возможности) только люминисцентные лампы. Такие светильники, при потреблении в 5 раз меньшем, обеспечивают световой поток, эквивалентный световому потоку лампы накаливания.

Для небольших ФЭС целесообразно устанавливать ее модули на поворотном кронштейне для оптимального разворота относительно падающий лучей. Это позволит увеличить мощность станции на 20-30 %.

В солнечных батареях с защитным покрытием из обычного стекла применяются фотоэлектрические элементы с КПД от 12% и выше (в среднем 13-16%). Обычно толщина алюминиевой рамки составляет 28 или 38 мм.

Средний КПД солнечной батареи составляет 12-14%. Отличные эксплуатационные и технические характеристики в сочетании с доступной ценой делают эти фотоэлектрические модули хорошим выбором для электроснабжения маломощных удаленных объектов.

Ниже приведен простой пошаговый метод расчета фотоэлектрической системы (ФЭС). Этот метод поможет Вам определить требования к системе и выбрать необходимые Вам компоненты системы электроснабжения.

Расчет системы состоит из 4-х основных этапов:

  1. Определение нагрузки и потребляемой энергии
  2. Определение значений необходимой мощности инвертора и емкости аккумуляторной батареи
  3. Определение необходимого количества фотоэлектрических модулей исходя из данных по приходу солнечной радиации в месте установки системы.
  4. Расчет стоимости системы

После выполнения 4 шага, если стоимость системы недопустимо велика, можно рассмотреть следующие варианты уменьшения стоимости системы автономного электроснабжения:

  • уменьшение потребляемой энергии за счет замены существующей нагрузки на энергоэффективные приборы, а также исключение тепловой, “фантомной” и необязательной нагрузки (например, можно использовать холодильники, кондиционеры и т.п., работающие на газе)
  • замену нагрузки переменного тока на нагрузку постоянного тока. В этом случае можно выиграть на остутствии потерь в инверторе (от 10 до 40%). Однако, нужно учитывать особенности построения низковольтных систем постоянного тока.
  • введение в систему электроснабжения дополнительного генератора электроэнергии – ветроустановки или дизель- или бензогенератора.
  • смириться с тем, что электроэнергия будет у Вас не всегда. И чем больше будет мощность системы отличаться от потребляемой мощности, тем более вероятны будут у Вас периоды отсутствия электроэнергии.

Расчет автономной ФЭС

Составьте список устройств-потребителей электроэнергии, которые Вы собираетесь питать от ФЭС. Определите потребляемую мощность во время их работы.

Большинство устройств имеют маркировку, на которой указана номинальная потребляемая мощность в ваттах или киловаттах. Если указан потребляемый ток, то нужно умножить этот ток на номинальное напряжение (обычно 220 В).

Для справки Вы можете посмотреть значения потребляемой мощности для типовой бытовой нагрузки.

После того, как Вы узнаете данные по потребляемой мощности Вашей нагрузки, Вам нужно заполнить таблицу №1.

Используйте эту таблицу для определения общей дневной потребляемой энергии.

Подсчитайте нагрузку переменного тока. Если у Вас нет такой нагрузки, то можете пропустить этот шаг и перейти к подсчету нагрузки постоянного тока.

1.1. Перечислите всю нагрузку переменного тока, ее номинальную мощность и число часов работы в неделю. Умножьте мощность на число часов работы для каждого прибора. Сложите получившиеся значения для определения суммарной потребляемой энергии переменного тока в неделю.

1.2. Далее нужно подсчитать сколько энергии постоянного тока потребуется. Для этого нужно умножить получившееся значение на коэффициент 1,2, учитывающий потери в инверторе.

1.3. Определите значение входного напряжения инвертора по характеристикам выбранного инвертора. Обычно это 12 или 24 В.

1.4. Разделите значение п.1.2 на значение п.1.3. Вы получите число Ампер-часов в неделю, требуемое для покрытия вашей нагрузки переменного тока.

Подсчитайте нагрузку постоянного тока

1.5. Запишите данные нагрузки постоянного тока :

1.6. Определите напряжение в системе постоянного тока. Обычно это 12 или 24 В. (Как в п.1.3)

1.7. Определите требуемое количество А*ч в неделю для нагрузки постоянного тока (разделите значение п.1.5 на значение п.1.6).

Источник: http://MirZnanii.com/a/323801/raschyet-fotoelektricheskoy-sistemy

Расчёт фотоэлектрической системы-общие сведения

Расчёт фотоэлектрической системы  → Общие сведения

  Фотоэлектрические системы бывают двух основных типов . Это абсолютно автономные системы и системы соединенные с сетью.

Второй тип систем подразделяется в свою очередь еще на два вида: это системы, соединенные с сетью посредством сетевого инвертора и не имеющие в своем составе аккумуляторных батарей(и соответственно резерва на случай отключения сети), а также системы с гибридными(батарейно-сетевыми) инверторами, которые генерируют энергию от СБ даже при наличии внешней сети(эти системы считаются резервными, но с функцией поддержки внешней сети при её наличии за счет СБ). Эти системы получают недостаток энергии из сети, а если образовываются излишки электроэнергии, то отдают их сеть. Иными словами они используют сеть как огромный аккумулятор бесконечной емкости. Мы в этом разделе будем рассматривать пример расчета полностью автономной системы. Системы подобного типа актуальны для передвижных или удаленных объектов, лишенных возможности подвода линии электропередач. Причина может заключаться в нецелесообразности или вообще невозможности подвода линии. Основные компоненты такой системы это: собственно солнечные батареи, контроллер заряда, аккумулятор и соединительные кабели. Если нагрузка питается от переменного напряжения, то необходим еще инвертор.

Принцип работы такой системы традиционен и заключается в следующем: солнечная батарея в светлое время суток ведет заряд аккумуляторных батарей. Контроллер заряда при этом обеспечивает правильный режим заряда АКБ с соблюдением величин зарядных напряжений для каждой стадии и вводя температурную компенсацию напряжений.

При этом солнечная батарея при необходимости ведет питание дневных нагрузок. Нагрузки, работающие в темное время суток питаются исключительно от АКБ. Как уже было сказано выше, нагрузки переменного тока запитываются через инвертор.

Казалось бы немного компонентов в составе системы, но только правильный их подбор сможет обеспечить надежную работу нагрузок.

Расчет системы состоит из нескольких этапов:

1) Для начала необходимо составить перечень всех нагрузок . Это удобно делать при помощи таблицы. Кроме названий приборов в столбцах таблицы следует указать мощность каждой нагрузки, её среднесуточное время работы и количество однотипных приборов;

2) Следующая задача это максимально сократить и оптимизировать этот список. Электричество в автономной системе достается очень дорого и нужно отказаться от лишних приборов или мощных приборов, которые целесообразней питать от генератора. Под оптимизацией списка понимается, что оставшиеся нагрузки необходимо выбрать максимально энергосберегающими.

К примеру, если это освещение, то стоит полность отказаться от ламп накаливаю в пользу энергосбергающих(люминисцентных) или еще лучше светодиодных. Холодильник рекомендуется брать класса А, А+ или А++.

Подобные действия возможно приведут к некоторым растратам, но они полностью окупятся при покупке системы(понадобится менее мощная система) и её эксплуатации в будущем. Кроме того имеет смысл рассмотреть возможность использования исключительно нагрузок постоянного тока.

Это позволит не приобретать инвертор , и кроме того экономить энергию, которую рассеял бы инвертор, т.к. его КПД не 100%, а обычно 85-95%. Надежность и безопасность системы также возрастут за счет меньшего числа компонентов и остутствия опасных ~220В.

3) Оптимизированный список теперь позволит провести расчет суточного энергопотребления в кВт*ч. Для этого необходимо для каждого типа нагрузки перемножить её мощность, количество приборов и среднесуточное время работы. Полученные результаты сложить.

Читайте также:  Регулятор мощности для паяльника

Это и есть искомая величина потребления в сутки. Для круглосуточно работающих приборов нужно смотреть в паспорте изделия суточное потребление(для холодильников часто указывается потребление в год).

Например имеются: 1) ТВ мощности 30Вт, работает 4 часа в сутки; 2) лампы освещения 3шт по 15Вт, горят, 6 часов в сутки; 3) Холодильник с потреблением 600Вт*ч/сутки. Итого получаем: 30Вт*4часа+15Вт*3шт*6часов+600Вт*ч=990Вт*ч. В месяц потребление соответственно около 30кВт*ч.

Для нагрузок, использующих переменный ток расчет нужно вести отдельно и закладывать в их потребление запас 5-15% для учета КПД инвертора.

4) Теперь можно определить емкость АКБ. Перед этим нужно выбрать номинальное напряжение аккумуляторного банка, задать количество пасмурных дней подряд, которые система должна пережить без заряда из вне, а также достигаемую при этом глубину разряда.

Обычно для автономных систем глубина разряда выбирается не более 30-50% и это позволяет продлить срок службы АКБ. Цифра энергопотребления из п.4 умножается на количество пасмурных дней , и полученная величина должна составлять выбранный процент глубины разряда АКБ от её полной энергии.

Как известно емкость АКБ в значительной степени зависит от температуры помещения. Процесс этот обратимый, т.е. при повышении температуры до нормальной емкость восстанавливается(но не нужно путать это с эксплуатацией АКБ при высоких температурах вредных для АКБ).

При низких температурах емкость АКБ снижается и поправку на это необходимо закладывать при расчете системы. Окончательная емкость АКБ получается умножением расчетной энергии, заключенной в АКБ на коэффициент из таблицы ниже и последующим делением на напряжение АКБ.

Полученную величину округляют в большую сторону к стандартным емкостям аккумуляторных батарей. Параллельно-последовательное соединение АКБ позволит набрать нужную емкость.

Температура, °С Коэффициент
25 1,00
20 1,03
15 1,10
10 1,20
5 1,28
1,36
-5 1,50

5) Мощность инвертора должна быть на 25-30% выше суммарной номинальной мощности одиномоментно подключаемых нагрузок, а также его пиковая мощность должна быть больше суммарной пиковой мощности нагрузок, которые могут запуститься единовременно. Это связано с тем, что некоторые приборы имеют значительную пусковую мощность при старте. Например, это холодильник или насос или иная нагрузка с двигателем.

6) Ну и наконец «десерт». Определим суммарную мощность массива солнечных модулей. В определении этой величины нужно учесть несколько факторов:

• географическое месторасположение объекта;• период эксплуатации: лето, зима, круглый год?режим эксплуатации: выходные, ежедневно, иная схема;• возможность позиционировать солнечные модули оптимально, для получения максимальной генерации.;• наличие деталей рельефа или пейзажа, которые могли бы загораживать поток солнечного света к поверхности солнечных батарей в течении дня;

• возможность или желание применения следящей за положением солнца подвижной платформы.

В нашем примере расчета мы будем рассматривать случай, когда модули ориентированы в пространстве оптимально, ничто их не загораживает в течении дня, а следящей системы нет. Эти факторы можно учесть для реального объекта. Чтобы система получала необходимое количество энергии за весь период эксплуатации, необходимо вести расчет для условий наихудшей инсоляции.

Если объект используется круглогодично, то таким месяцем является декабрь. В это время года максимально низкая инсоляции, очень короткий световой день и низкая облачность в большинстве регионов РФ. Оптимальный угол наклона солнечных панелей к горизонту разнится от региона к региону и увеличивается в высоких(более северных) широтах из-за низкого угла стояния солнца.

Но существует несложная методика выбора угла наклона солнечных модулей при ориентации их на юг естественно.

Это: Чтобы получить максимум энергии летом нужно панели разместить под углом на 15о меньше географической широты местности; Чтобы получить максимум в зимнее время года необходимо панели наклонить к горизонту под углом на 15о больше географической широты местности; Чтобы получить максимум за весь календарный год угол наклона солнечных батарей должен быть равен широте местности;. Выбрав угол наклона солнечных модулей необходимо найти в таблицах инсоляции её значение для Вашего региона, времени года и угла наклона воспринимающей поверхности. Таблицы инсоляции по некоторым регионам РФ и бывшего СССР можно посмотреть здесь. Эта цифра измеряется в кВт*ч/м2. К примеру для Краснодара в июле и угла наклона 30о это примерно 180кВт*ч/м2. Это означает что в июле в Краснодаре наблюдается приход солнечной радиации в количестве 180 пикочасов. Пикочасом называется условный промежуток времени в течении, которой интенсивность солнечной радиации равна 1000Вт/м2. Именно такая освещенность используется для паспортизации солнечных модулей. Т.е. в Краснодаре в июле в день получаем 6 пикочасов. На самом деле солнце светит конечно больше чем 6 часов, но менее интенсивно. Помимо инсоляции в расчете следует учитывать сильный нагрев модуля в летнее время, что снижает его эффективность. Нами предлагается следующая упрощенная формула для расчета необходимой мощности массива солнечных модулей:

PΣ=(1000*W)/(k*E);

• PΣ- суммарная мощность солнечных модулей;• W-необходимое количество энергии;• k-сезонный коэффициент(летом 0.55, зимой 0.7);

• E- значение инсоляции.

Коэффициент k учитывает все потери включая потери на заряд АКБ равные 20%, за исключением потерь в соединительных кабелях. Сечение кабелей обычно подбирается из расчета потерь не превышающих 2-3%. Полученная суммарная мощность солнечных модулей может быть разделена на мощность одного модуля и таким образом получено количество солнечных модулей.

В подборе мощности и напряжения модулей имеются нюансы, которые должны быть согласованы с параметрами контроллера заряда. Но это тема другого разговора. Выше было упомянуто о системе слежения за положением солнца. Подобное слежение может дать добавку к выработке 20% при слежении только по азимуту и еще 10% при слежении по высоте светила. Т.е.

суммарно можно выиграть порядка 30%, но нередко проще купить дополнительно СБ, чем тратиться на трекер и потом его обслуживать. В большинстве случаев для систем эксплуатирующихся круглогодично или преимущественно зимой целесообразно использовать дополнительный источник энергии: ветрогенератор или бензогенератор.

Такие системы носят название гибридных и их компоненты хорошо дополняют друг друга.

Источник: http://www.solbat.su/fotosis/general

Калькулятор расчета мощности фотоэлектрической системы

Все гелиосистемы подразделяются на два вида:

  • Полностью автономные;
  • Соединенные с электросетью.

Причем второй тип систем в свою очередь делится на два подвида. К одному относят комплексы без аккумуляторных батарей, которые подключаются к энергосети при помощи сетевого инвертора. Такие гелиосистемы не имеют запаса энергии на случай отключения внешнего питания.

Второй подвид систем включает в себя гибридные батарейно-сетевые инверторы. Они вырабатывают солнечную энергию даже при наличии внешней сети. Эти установки считаются резервными.

При недостатке гелиоэнергии они используют ресурсы внешней сети, если же солнечной энергии вырабатывается слишком много, то ее избыток отдается в сеть.

Таким образом, центральная электросеть играет роль своеобразного аккумулятора с бесконечной емкостью.

Независимые гелиосистемы

В этом расчете рассматривается полностью независимая от внешних энергоисточников система. Подобные установки очень востребованы на разного рода удаленных или мобильных объектах, к которым нецелесообразно (или невозможно) подводить линии электропередач.

Главными элементами такой автономной системы являются:

  • Солнечные батареи;
  • Зарядный контроллер;
  • Аккумулятор;
  • Коммутационные кабели.

Если потребляющая нагрузка работает от переменного напряжения, то необходим и соответствующий инвертор, поскольку фотобатареи вырабатывают постоянный ток.

Функционирует такая система по традиционному принципу. В светлое время суток АКБ заряжаются от солнечной энергии.

Контроллер регулирует этот процесс, соблюдая величины зарядных напряжений на каждой стадии и используя при необходимости температурную компенсацию.

При необходимости солнечные батареи питают дневные нагрузки, а нагрузки, работающие ночью, питаются исключительно от АКБ. Для потребителей переменного тока задействуется инвертор.

Для обеспечения надежного энергоснабжения нагрузок и гарантии работоспособности всей системы выбор компонентов должен производиться на основе специальных расчетов. Проводятся эти расчеты в несколько этапов.

Определение общей нагрузки

Первый этап – составление перечня всех нагрузок. Удобнее всего это сделать при помощи таблицы. Причем в столбцах должны быть указаны не только названия приборов и энергопотребителей (например, лампочки), но и мощности нагрузок, их среднесуточная продолжительность работы и число однотипных потребителей.

Второй этап – оптимизация получившегося списка.

Дело в том, что электроэнергия в полностью автономной системе довольно дорого вырабатывается, поэтому все не самые необходимые приборы (особенно очень мощные) целесообразнее питать от генератора.

В перечне стоит оставить только максимально энергосберегающие нагрузки. К примеру, люменисцентные и светодиодные лампы вместо классических ламп накаливания. А холодильник должен относиться к классам А++, А+ или А.

Подобные действия влекут за собой некоторые затраты, но все эти расходы окупятся и при покупке системы (потребуются менее мощные компоненты), и при дальнейшей ее эксплуатации. Более того, целесообразнее вообще использовать только нагрузки постоянного тока.

Это позволит, во-первых, отказаться от инвертора и избежать энергопотерь на нем (КПД любого инвертора не 100%, а примерно 85-90%), а во-вторых, повысить надежность и безопасность всей системы.

Такой эффект будет достигнут за счет уменьшения числа составных элементов и отсутствия опасного напряжения в 220 В.

Расчет среднесуточной нормы потребления

Используя оптимизированный перечень, можно рассчитать среднюю норму потребления за сутки (в кВт*ч). Для этого для каждого типа нагрузок нужно перемножить мощность прибора, их количество и среднесуточную продолжительность использования.

Полученные произведения складываются. Итог – объем энергопотребления за сутки. Если приборы функционируют круглые сутки, то суточное потребление нужно посмотреть в паспорте (так, для холодильников часто указывают годовое энергопотребление).

К примеру, если от солнечной энергии планируют питать телевизор, холодильник и лампы освещения, расчет будет выглядеть следующим образом.

Телевизор: мощность – 30 Вт, время работы – 4 часа/сутки; холодильник: потребление 600 Вт*ч/сутки; лампы (3шт.): потребление – 15 Вт, время работы – 6 часов/сутки. Итого: 30 Вт*4 часа + 600 Вт*ч + 15 Вт*3 шт.

*6 часов = 990 Вт*ч. Соответственно, месячное потребление составит около 30 кВт*ч.

Читайте также:  Профессиональный контроллер для сварочного полуавтомата

Нагрузки, работающие от переменного тока, рассчитываются отдельно. Для них нужно делать запас в 5-15% потребления (это необходимо для учета потерь на инверторе).

Определение емкости АКБ

После определения нормы потребления можно рассчитать нужную емкость АКБ.

Для этого надо выбрать напряжение номинала аккумуляторов, а также указать, сколько пасмурных дней подряд система должна работать без внешней подзарядки и какова при этом должна быть глубина разряда АКБ.

Как правило, глубина разряда не должна превышать 30-50%. Такой подход позволяет значительно увеличить рабочий ресурс аккумуляторов.

Расчетную норму суточного потребления надо умножить на число пасмурных дней. Полученная величина будет равна выбранному проценту глубины разряда АКБ от полного уровня заряда. Соответственно, полная емкость определяется на основе этого значения.

Общеизвестно, что на емкость аккумуляторов сильно влияет температура, поддерживаемая в помещении, где они находятся. При низких температурах емкость ощутимо понижается.

Данный процесс обратим, иными словами, при повышении температур до нормальных емкость восстанавливается до паспортного значения.

Однако нужно помнить, что повышение температуры выше рабочего диапазона, указанного производителем, приведет к выходу АКБ из строя. Поправки на этот процесс должны быть заложены при расчете требуемой емкости.

Для получения итоговой емкости аккумуляторов надо умножить расчетное значение заключенной в АКБ энергии на коэффициент АКБ (см. таблицу) и разделить результат на напряжение АКБ. Полученное число следует округлить в большую сторону до стандартных емкостей аккумуляторов. Требуемая емкость набирается за счет последовательно-параллельных соединений АКБ.

Температура Коэффициент
25°С 1
20°С 1,03
15°С 1,1
10°С 1,2
5°С 1,28
0°С 1,36
-5°С 1,5

Определение мощности инвертора

Следующий этап – расчет мощности инвертора (если он есть). Этот параметр должен на 25-30% превышать суммарную пиковую мощность нагрузок, запускаемых единовременно. Дело в том, что некоторые приборы (холодильники, насосы, вообще вся техника с двигателем) имеют достаточно значительную стартовую мощность пуска.

Определение суммарной мощности массива фотомодулей

Это последний этап расчета автономной гелиосистемы.

Суммарная мощность фотомодулей зависит от:

  • Географического расположения объекта;
  • Схемы работы (ежедневно, на выходных и т.д.);
  • Времени использования (лето, зима, круглогодичная эксплуатация, межсезонье);
  • Возможности оптимального позиционирования солнечных батарей (для максимальной энерговыработки);
  • Наличия элементов пейзажа или рельефа, которые могли бы препятствовать попаданию солнечных лучей на поверхность фотомодулей (на протяжении всего дня или в отдельные часы);
  • Возможности использования передвижной платформы, отслеживающей положение солнца.

Рассмотрим случай оптимально ориентированных модулей без следящей системы, поверхность которых не затеняется в течение всего дня. Для получения нужного количества энергии на протяжении всего периода эксплуатации нужно проводить расчет исходя из наихудших условий инсоляции. При круглогодичном использовании такие условия будут в декабре.

В этом месяце инсоляция минимальна, так как световой день очень короток и очень много облаков (для большинства регионов РФ). Что же касается оптимального угла наклона модулей относительно горизонта, то он зависит от географических широт. В более северных (высоких) областях он увеличивается из-за малого подъема солнца.

Определить этот угол можно при помощи довольно простой методики (сами модули должны быть ориентированы на юг, разумеется).

Для получения максимума энергии летом панели располагаются под углом, на 15° меньшим географической широты точки. Зимой угол наклона, напротив, должен превышать широту на 15°.

А для получения общей максимальной энерговыработки в течение всего календарного года угол должен равняться географической широте.

После определения угла наклона в климатической таблице инсоляции нужно найти ее значение для заданного региона, угла наклона поверхности и времени года. Таблицы инсоляции по региона РФ относятся к справочной информации, с ними можно ознакомиться на сайтах метеослужб. Нужная цифра измеряется в кВт*ч/м2.

Так, для широт Краснодара и угла в 30°, в июле инсоляция составляет 180 кВт*ч/м2. Иными словами, приход солнечной энергии будет равен 180 пикочасам. Пикочас – это условный временной интервал, в течение которого солнечная радиация держится на уровне 1000 Вт/м2.

Именно данная степень освещенности и применяется при паспортизации гелиобатарей. Получается, что в Краснодаре за июльский день наблюдается 6 пикочасов. Конечно, солнце светит не 6 часов, а гораздо больше, но интенсивность его при этом ниже.

Кроме того, нужно учитывать не только инсоляцию, но и повышенный нагрев модуля на прямом солнце, что ощутимо снижает его эффективность.

Упрощенная формула для расчета мощности гелиомассива выглядит так: PƩ=(1000*W)/(k*E) PƩ – общая энерговыработка гелиомассива; W – нужное количество энергии; k – коэффициент сезонный (для зимы – 0,7; для лета – 0,55);

E – величина инсоляции.

Сезонный коэффициент необходим для учета всех потерь на зарядку АКБ (они составляют 20%), исключая потери в соединительных кабелях. Сечения кабелей нужно подбирать из расчета не более 2-3% потерь.

Полученную по формуле мощность массива можно разделить на производительность одного модуля и определить требуемое число гелиомодулей. Однако надо помнить, что при выборе напряжения и мощности модулей нужно учесть ряд отдельных нюансов, которые должны согласовываться с параметрами зарядного контроллера.

Стоит также упомянуть, что добавление системы отслеживания положения солнца дает прибавку к производительности в 20% только при азимутальном слежении. Еще 10% добавляются при отслеживании высоты солнца.

Иными словами, общий выигрыш составляет порядка 30%, но, как правило, целесообразнее приобрести несколько дополнительных солнечных батарей, чем тратиться на такую установку.

Которая, к тому же, потребует периодического обслуживания.

Для большинства круглогодичных систем или систем, работающих в основном зимой, выгодно использовать еще один энергоисточник, например, ветро- или топливный генератор. Такие гибридные системы более эффективны и рациональны в использовании.

Источник: http://solarb.ru/kalkulyator-rascheta-fotoelektricheskoi-sistemy

Цель: Расчёт автономной фотоэлектрической системы (ФЭС)



Обратная связь

ПОЗНАВАТЕЛЬНОЕ

Сила воли ведет к действию, а позитивные действия формируют позитивное отношение

Как определить диапазон голоса – ваш вокал

Как цель узнает о ваших желаниях прежде, чем вы начнете действовать. Как компании прогнозируют привычки и манипулируют ими

Целительная привычка

Как самому избавиться от обидчивости

Противоречивые взгляды на качества, присущие мужчинам

Тренинг уверенности в себе

Вкуснейший “Салат из свеклы с чесноком”

Натюрморт и его изобразительные возможности

Применение, как принимать мумие? Мумие для волос, лица, при переломах, при кровотечении и т.д.

Как научиться брать на себя ответственность

Зачем нужны границы в отношениях с детьми?

Световозвращающие элементы на детской одежде

Как победить свой возраст? Восемь уникальных способов, которые помогут достичь долголетия

Как слышать голос Бога

Классификация ожирения по ИМТ (ВОЗ)

Глава 3. Завет мужчины с женщиной

Оси и плоскости тела человека – Тело человека состоит из определенных топографических частей и участков, в которых расположены органы, мышцы, сосуды, нервы и т.д.

Отёска стен и прирубка косяков – Когда на доме не достаёт окон и дверей, красивое высокое крыльцо ещё только в воображении, приходится подниматься с улицы в дом по трапу.

Дифференциальные уравнения второго порядка (модель рынка с прогнозируемыми ценами) – В простых моделях рынка спрос и предложение обычно полагают зависящими только от текущей цены на товар.

Лабораторная работа № 20

Название: Расчёт фотоэлектрической системы

Цель: Расчёт автономной фотоэлектрической системы (ФЭС).

Фотоэлектрические системы (солнечные электростанции или фотоэлектрические станции) бывают двух основных типов . Это автономные системы и системы, соединенные с сетью.

Второй тип систем подразделяется в свою очередь еще на два вида: это системы, соединенные с сетью посредством сетевого инвертора и не имеющие в своем составе аккумуляторных батарей ( и соответственно резерва на случай отключения сети), а также системы с гибридными (батарейно-сетевыми) инверторами, которые генерируют энергию от солнечной батареи даже при наличии внешней сети. Эти системы считаются резервными, но с функцией поддержки внешней сети при её наличии за счет СБ. Эти системы получают недостаток энергии из сети, а если образуются излишки электроэнергии, то отдают их в сеть. Иными словами, они используют сеть как огромный аккумулятор бесконечной емкости.

Рис.1

Рис.2

Автономные ФЭС используются для передвижных или удаленных объектов, лишенных возможности подвода линии электропередач. Причина может заключаться в нецелесообразности или невозможности подвода электрической линии.

Основные компоненты автономной ФЭС : солнечные батареи, контроллер заряда-разряда аккумуляторной батареи, аккумуляторная батарея и соединительные кабели. Если нагрузка (различные устройства) питается от переменного напряжения, то необходим еще инвертор. Схема ФЭС показана на рис.1, 2.

Принцип работы ФЭС заключается в следующем: солнечная батарея в светлое время суток ведет заряд аккумуляторных батарей АКБ.

Контроллер заряда-разряда обеспечивает правильный режим заряда и разряда АКБ. При этом солнечная батарея при необходимости ведет питание дневных нагрузок.

Нагрузки, работающие в темное время суток, питаются исключительно от АКБ. Нагрузки переменного тока запитываются через инвертор.

Для надёжной работы, подключаемых к ФЭС устройств (нагрузки), необходим правильный подбор компонентов фотоэлектрической системы, основанный на предварительном расчёте.

Под расчётом ФЭС понимается определение номинальной мощности солнечных модулей, их количества, схемы соединения, выбор типа, ёмкости и условий эксплуатации АКБ, мощности инвертора и контроллера заряда – разряда, определение параметров соединительных кабелей.

Расчет фотоэлектрической системы состоит из нескольких этапов:

1. Вначале необходимо составить перечень всех нагрузок.Это удобно делать при помощи таблицы. Кроме названий подключаемых устройств в столбцах таблицы следует указать мощность каждого устройства, его среднесуточное время работы и количество однотипных приборов.

Электроэнергия, получаемая с помощью ФЭС, дорогая и нужно отказаться от лишних или мощных приборов, которые целесообразней питать от генератора. Имеет смысл использовать нагрузки постоянного тока. Это позволит не приобретать инвертор и экономить энергию, поскольку к.п.д. инвертора обычно 85-95%.

2. Расчет суточного энергопотребления Wc ( в кВт · час).Для этого надо для каждого типа нагрузки перемножить её мощность, количество приборов и среднесуточное время работы. Полученные результаты сложить, что и даст энергию, потребляемую в течение суток. Для круглосуточно работающих приборов нужно найти в паспорте изделия его суточное потребление.

Например, нагрузочные устройства ФЭС следующие:

1. Телевизор мощностью 30 Вт, работает 4 часа в сутки;

2. Осветительные лампы – 3 шт., по 15 Вт, работают 6 часов в сутки;

3. Холодильник с энергопотреблением 600 Вт·ч/сутки.

Итого получаем: Wc = 30 Вт ·4 ч + 15 Вт ·3 · 6 ч + 600 Вт·ч = 990 Вт·ч. За месяц энергопотребление примерно равно W = 990 · 30 Вт·ч = 30 Вт·час.

Читайте также:  Перенос программы между разными моделями

Для нагрузок, использующих переменный ток, расчет нужно вести отдельно и закладывать в их потребление запас 5 % – 15% (в сторону увеличения) для учета к.п.д. инвертора, то есть его энергопотребления. При питании от инвертора (переменный ток) можно грубо учесть потери в нём, умножив энергопотребление W на коэффициент Kи = 1,2.

В примередля приведенных устройств переменного тока:

суточное энергопотребление Wc = 1,2 · 990 Вт·ч = 1200 Вт·ч ; (округлено)

месячное энергопотребление W = 1,2 · 990 · 30 Вт·ч = 36 кВт·ч. (округлено)

Источник: https://megapredmet.ru/1-72487.html

Коллекции (Всего 18385 материалов)

Общие вопросы науки и культуры   (131)

Библиотечное дело. Библиотековедение   (11)

Информационные технологии. Компьютерные технологии. Теория вычислительных машин и систем   (422)

Управление. Менеджмент   (55)

Стандартизация продукции, процессов, мер, весов и времени. Стандарты. Технические требования. Нормы и правила. Рекомендации   (1)

Цивилизация. Культура. Прогресс   (4)

Охрана памятников природы, истории и культуры. Музейное дело   (20)

Газеты, пресса. Журналистика   (54)

Философия   (178)

Психология   (273)

Религия. Богословия   (90)

Общественные науки. Статистика. Политика. Экономика. Торговля. Право. Государство   (542)

Демография. Социология. Статистика   (200)

Политика   (633)

Экономика. Народное хозяйство. Экономические науки   (2005)

Право. Юридические науки   (1453)

Государственное административное управление. Военные науки   (1)

Социальное обеспечение. Страхование   (2)

Народное образование. Воспитание. Обучение   (1811)

Этнография. Этнология. Нравы. Обычаи. Фольклор   (115)

Математика и естественные науки   (899)

Природа. Охрана природных ресурсов. Угрозы окружающей среде и защита от них   (4)

Математика   (17)

Астрономия. Астрофизика. Исследование космического пространства. Геодезия   (1)

Физика   (623)

Химия. Кристаллография. Минералогия   (245)

Науки о Земле. Геологические науки   (225)

Палеонтология

Биологические науки в целом. Экология   (193)

Техника. Технические науки. Прикладные науки. Медицина   (1344)

Изобретение и открытия в области естественных и прикладных наук. Патенты. Промышленные образцы. Товарные знания.

Медицина. Охрана здоровья   (1573)

Инженерное дело. Техника в целом.   (472)

Общая энергетика   (44)

Теория машиностроения (машиноведения). Ядерная техника.   (2)

Электротехника   (13)

Электроника   (2)

Связь, телеграфная связь, радиосвязь

Тепловые двигатели (кроме паровых машин и паровых турбин)

Холодильная техника.

Детали машин. Механизмы. Передача (механические). Подъемно транспортные оборудование. Крепежные средства. Смазка   (3)

Горное дело. Горное предприятие (рудники, шахты, карьеры). Добычи нерудных ископаемых.   (126)

Строительные конструкции, подземное строительство. Земельные работы. Фундаменты основание и их устройство. Строительство тоннелей. Строительство мостов. Строительство наземных инженерных сооружений.   (13)

Дороги. Железные дороги. Железнодорожное строительство. Автомобильные дороги. Дорожное строительство.   (4)

Гидротехническое строительство. Гидротехника в целом.   (6)

Санитарная техника. Санитарно–технические сооружения. Водоснабжения. Канализация. Освещения.   (9)

Техника средств транспорта   (5)

Сельское хозяйство. Мясное хозяйство. Охота. Рыбное хозяйство.   (140)

Домоводства. Коммунальное хозяйство. Служба быта.

Управление предприятиями. Организация производства торговли и транспорта.   (18)

Канцелярское дело. Делопроизводство. Оргтехника.

Полиграфическая промышленность. Полиграфическая предприятия. Издательство. Книжная торговля.

Транспорт в целом. Транспортные обслуживание. Организация и управления перевозками. Почтовая связь.   (5)

Бухгалтерия. Счетоводство.   (2)

Организация производства. Экономика предприятий.   (6)

Реклама. Система информации.   (4)

Химическая технология. Химическая промышленность. Родственные отрасли.   (55)

Различные отрасли промышленности и ремесла. Механическая технология.   (1)

Кожевенная–обувная промышленность. Меховые производство. Изготовление изделий из меха. Производство искусственной кожи.

Текстильная промышленность

Швейная промышленность   (2)

Мебельная промышленность.

Обувное производство. Производства шорне- седельных и других изделий из кожи и ее заменителей. Производство дорожных, спортивных принадлежностей и настольных игр.

Точная механика. Автоматика. Вычислительная техника. Информатика.   (42)

Строительство. Строительные материалы. Строительные монтажные работы   (164)

Санитарно-технические оборудование зданий и его монтаж.

Отопление, вентиляция и кондиционирование.   (2)

Сейсмостойкое стр-во и конструкции. Изоляционные работы.   (4)

Искусство. Декоративно-прикладное искусство. Фотография. Игры. Музыка. Спорт   (3)

Искусство   (104)

Декоративно-прикладное искусство   (5)

Спорт   (61)

Туризм   (54)

Градостроительство. Ландшафтная и садово-парковая архитектура.   (10)

Архитектура   (15)

Здания. Проектирование. Планировка. Помещения.   (4)

Языкознание. Филология. Художественная литература. Литературоведение   (1854)

География   (13)

Краеведение   (3)

История   (497)

События. Информация. Хроника   (16)

Вестник Кыргызпатента (Кыргызпатенттин кабарлары)

Источник: http://arch.kyrlibnet.kg/?&npage=download&nadd=8538

3.1.2. Расчет фотоэлектрической системы

Использовать энергию солнечных элементов можно также как и энергию других источников питания, с той разницей, что солнечные элементы не боятся короткого замыкания. Каждый из них предназначен для поддержания определенной силы тока при заданном напряжении.

Но в отличии от других источников тока характеристики солнечного элемента зависят от количества падающего на его поверхность света. Например, набежавшее облако может снизить выходную мощность более чем на 50%. Кроме того отклонения в технологических режимах влекут за собой разброс выходных параметров элементов одной партии.

Следовательно, желание обеспечить максимальную отдачу от фотоэлектрических преобразователей приводит к необходимости сортировки элементов по выходному току.

В качестве наглядного примера “вшивой овцы портящей все стадо” можно привести следующий: в разрыв водопроводной трубы большого диаметра врезать участок трубы с гораздо меньшим диаметром, в результате водоток резко сократится. Нечто аналогичное происходит и в цепочке из неоднородных по выходным параметрам солнечных элементов.

Кремниевые солнечные элементы являются нелинейными устройствами и их поведение нельзя описать простой формулой типа закона Ома. Вместо нее для объяснения характеристик элемента можно пользоваться семейством простых для понимания кривых – вольтамперных характеристик (ВАХ)

Напряжение холостого хода, генерируемое одним элементом, слегка изменяется при переходе от одного элемента к другому в одной партии и от одной фирмы изготовителя к другой и составляет около 0.6 В. Эта величина не зависит от размеров элемента. По иному обстоит дело с током. Он зависит от интенсивности света и размера элемента, под которым подразумевается площадь его поверхности.

Элемент размером 100100 мм в 100 раз превосходит элемент размером 1010 мм и, следовательно, он при той же освещенности выдаст ток в 100 раз больший.

Нагружая элемент, можно построить график зависимости выходной мощности от напряжения, получив нечто подобное изображенному на рис.2

Пиковая мощность соответствует напряжению около 0,47 В. Таким образом, чтобы правильно оценить качество солнечного элемента, а также ради сравнения элементов между собой в одинаковых условиях, необходимо

нагрузить его так, чтобы выходное напряжение равнялось 0,47 В. После того, как солнечные элементы подобраны для работы, необходимо их спаять. Серийные элементы снабжены токосъемными сетками, которые предназначены для припайки к ним проводников.

Батареи можно составлять в любой желаемой комбинации. Простейшей батареей является цепочка из последовательно включенных элементов. Можно также соединить параллельно цепочки, получив так называемое последовательно-параллельное соединение.

Важным моментом работы солнечных элементов является их температурный режим. При нагреве элемента на один градус свыше 25оС он теряет в напряжении 0,002 В, т.е. 0,4 %/градус. На рис.3 приведено семейство кривых ВАХ для температур 25о С и 60о С.

В яркий солнечный день элементы нагреваются до 60-70оС теряя 0,07-0,09 В каждый. Это и является основной причиной снижения КПД солнечных элементов, приводя к падению напряжения, генерируемого элементом.

КПД обычного солнечного элемента в настоящее время колеблется в пределах 10-16 %. Это значит, что элемент размером 100100 мм при стандартных условиях может генерировать 1-1,6 Вт.

Все фотоэлектрические системы можно разделить на два типа: автономные и соединенные с электрической сетью. Станции второго типа отдают излишки энергии в сеть, которая служит резервом в случае возникновения внутреннего дефицита энергии.

Автономная система в общем случае состоит из набора солнечных модулей, размещенных на опорной конструкции или на крыше, аккумуляторной батареи (АКБ), контроллера разряда – заряда аккумулятора, соединительных кабелей. Солнечные модули являются основным компонентом для построения фотоэлектрических систем . Они могут быть изготовлены с любым выходным напряжением.

После того как солнечные элементы подобраны – их необходимо спаять. Серийные элементы снабжены токосъемными сетками для припайки к ним проводников. Батареи можно составлять в любой комбинации.

Простейшей батареей является цепочка из последовательно соединенных элементов.

Можно соединить эти цепочки параллельно, получив так называемое последовательно-параллельное соединение. Параллельно можно соединять лишь цепочки (линейки) с идентичным напряжением, при этом их токи согласно закону Кирхгофа суммируются.

При наземном использовании они обычно используются для зарядки аккумуляторных батарей (АКБ) с номинальным напряжением 12 В. В этом случае, как правило, 36 солнечных элементов соединяются последовательно и герметизируются посредством ламинации на стекле, текстолите, алюминии.

Элементы при этом находятся между двумя слоями герметизирующей пленки, без воздушного зазора. Технология вакуумной ламинации позволяет выполнить это требование.

В случае воздушной прослойки между защитным стеклом и элементом, потери на отражение и поглощение достигли бы 20-30 % по сравнению с 12 % – без воздушной прослойки.

Электрические параметры солнечного элемента представляются как и отдельного солнечного элемента в виде вольтамперной кривой при стандартных условиях ( Standart Test Conditions), т.е., при солнечной радиации 1000 Вт/м2, температуре – 25оС и солнечном спектре на широте 45о(АМ1,5).

Точка пересечения кривой с осью напряжений называется напряжением холостого хода – Uxx, точка пересечения с осью токов – током короткого замыкания Iкз.

Максимальная мощность модуля определяется как наибольшая мощность при STC (Standart Test Conditions).

Напряжение, соответствующее максимальной мощности, называется напряжением максимальной мощности (рабочим напряжением – Up ), а соответствующий ток – током максимальной мощности (рабочим током – Ip ).

Значение рабочего напряжения для модуля, состоящего из 36 элементов, таким образом, будет около 16…17 В (0,45….0,47 В на элемент) при 25о С.

Такой запас по напряжению по сравнению с напряжением полного заряда АКБ (14,4 В) необходим для того, чтобы компенсировать потери в контроллере заряда-разряда АКБ (о нем речь пойдет позже), а в основном – снижение рабочего напряжения модуля при нагреве модуля излучением : температурный коэффициент для кремния составляет около минус 0,4 %/градус (0,002 В/градус для одного элемента).

Следует заметить, что напряжение холостого хода модуля мало зависит от освещенности, в то время как ток короткого замыкания, а соответственно и рабочий ток, прямо пропорциональны освещенности.

Таким образом, при нагреве в реальных условиях работы, модули разогреваются до температуры 60-70оС, что соответствует смещению точки рабочего напряжения, к примеру, для модуля с рабочим напряжением 17 В – со значения 17 В до 13,7-14,4 В (0,38-0,4 В на элемент).

Источник: http://fis.bobrodobro.ru/34213

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector