Розрахунок сонячних батарей для приватного будинку

Розрахунок сонячних батарей для приватного будинку є одним із головних етапів у проектуванні домашньої СЕС, адже він допомагає зорієнтуватись у ціні та найбільш раціонально використати доступний для встановлення простір. Більше того, правильно проведений розрахунок може показати вам додаткові можливості встановлення та значно зекономити гроші! Втім, для цього потрібно буде детально розібратися з кожним аспектом розрахунків:

​На яку потужність розраховувати?

Щоб дізнатись, яку кількість сонячних батарей доведеться встановлювати, необхідно для початку розібратись із загальною потужністю вашої майбутньої СЕС. Звісно, починати краще з максимально доступних значень, що для приватного домогосподарства складають 30 кВт.

Навіть якщо ви про це не особливо замислювались, у вас все одно вже є договір з районними електромережами (РЕМ), у якому визначено встановлену потужність. Тобто, максимальну загальну потужність електроприладів, яку ви можете підключити до мережі. У випадку сонячної електростанції, це також є і обмеженням максимальної потужності інвертора, що віддаватиме в майбутньому вироблену електроенергію у мережу для продажу за “зеленим” тарифом.

Невеличкий спойлер: скоріше за все, встановлена потужність буде дуже малою — на рівні 3-5 кВт, що значно менше за бажані 30 кВт максимально дозволеної за “зеленим” тарифом для приватних осіб потужності. Втім, за допомогою досвідчених у бюрократичних справах юристів цілком можливо скласти новий договір з РЕМ, що вже повністю відповідатиме вашим потребам.

Нагадаємо, що це відноситься виключно до максимальної потужності інвертору, а от фотополе сонячних батарей може бути й потужнішим. Наскільки? Залежить від від можливостей обраного вами інвертора. Так, популярні топові моделі, такі як Huawei 30KTL-M3 чи Solis-30K-5G можна вільно перевантажувати на 10 і більше кВт. Тобто, цілком допустимим для них буде фотополе потужністю у 40 кВт.

Що це дає? Перш за все, значно розширюється “вікно” часу навколо опівдня, коли сонячна електростанція віддаватиме у мережу максимальну кількість кіловат-годин, працюючи на межі дозволеної потужності. Також це можна додатково розцінювати як забезпечення гарантованої потужності сонячної електростанції навіть під кінець терміну її використання — з очікуваною деградацією на 20-25% за 30 років, вона все ще матиме більше 30 кВт потужності й у 2050 році!

Тож, для прикладу, розрахунок сонячних панелей будемо надалі вести, спираючись саме на 40 кВт потужності.

​Яка кількість панелей знадобиться?

Почнемо з того, що всі панелі різні — за розміром, потужністю, вольт-амперною характеристикою, тощо. Тож універсальну відповідь на поставлене питання дати, фактично, неможливо, хоча б тому, що на кінець літа 2021 року доступними були моделі сонячних батарей потужністю від 320 до 650 Вт. Тож, за умов такого широкого вибору, розрахунки варто вести, спираючись на якусь конкретну модель.

Для прикладу візьмемо Leapton 550 Вт — надійну японську панель з дуже непоганими показниками. Неважкий розрахунок підказує, що на 40 кВт фотополя знадобиться 73 такі панелі. Багато це чи мало? Залежить від того, з чим порівнювати!

Звичайно, в першу чергу варто порівнювати ці 73 панелі з доступним бюджетом на будівництво сонячної електростанції. Втім, навіть коли бюджет обмежений, можна почати з десятку панелей, а решту додавати з часом, купуючи їх за зароблені “зеленим” тарифом гроші.

Однак, і ці 73 сонячні батареї можуть виявитись не остаточною цифрою, якщо не врахувати ще одне вкрай важливе питання.

​Які умови встановлення?

Зазвичай при словах “домашня сонячна електростанція” більшість починає уявляти типовий будиночок з двоскатним дахом, на якому розташовано кілька сонячних панелей. Реальність, звичайно, є помітно складнішою — навіть такі високоефективні (ККД 21,5%) панелі, як обрані нами для розрахунків Leapton 550 Вт, займають 2,58 м², а значить, для всього набору сонячних батарей знадобиться 2,58*73=188,34 м². Чи відповідає площа вашого даху цьому результату? Навряд.

Як показує практика, на даху зазвичай вдається розташувати не більше 20 кВт панелей, що у випадку Leapton 550 Вт буде дорівнювати приблизно 36 батареям. Для решти панелей доведеться шукати місце на додатково збудованих наземних опорах, що займатимуть місце на ділянці біля будинку. Втім, досить часто на наземні опори доводиться переносити весь без виключення набір сонячних панелей щоб не з’являлась необхідність у значному збільшенні їхньої кількості. Чому так відбувається?

​Кути нахилу, орієнтація та інше

На жаль, дахи, які б ідеально відповідали всім вимогам для правильного встановлення панелей, зустрічаються вкрай рідко. Стандартна формула розрахунку сонячних батарей не включає в себе відхилень від еталонних для місцевості значень куту нахилу та напрямку орієнтації. Саме тому реальний розрахунок сонячної електростанції має враховувати і такі деталі, що, за необхідності, можуть вплинути на реальну кількість панелей.

Які ж значення можна вважати “еталонними”? Щодо напрямку орієнтації, особливих сумнівів бути не може — південь і тільки південь! Звичайно, навряд хтось буде зносити та будувати наново будинок тільки заради правильного напрямку даху, однак, всі відхилення від південного напрямку варто враховувати при розрахунках майбутньої генерації сонячної електростанції. Втім, навіть дахи з орієнтацією скатів схід-захід мають сенс для встановлення панелей — такі умови дозволять отримати рівномірну потужність генерації протягом майже усього дня без вираженого піку опівдні та “провалів” вранці та ввечері. Але одразу варто враховувати, що досягнення потрібної потужності буде вимагати помітно більшого числа панелей, адже не буде такого часу доби, коли б усі вони були б перпендикулярні променям сонця.

Щодо еталонного куту нахилу, ситуація виявляється помітно складнішою, аніж з напрямком. Так відбувається хоча б тому, що Сонце підіймається на різну висоту над горизонтом у різні пори року, влітку вище, а взимку нижче. Тому для кожної пори року, а насправді й для кожного дня, є власне ідеальне значення куту нахилу панелей, що означає перпендикулярність сонячним променям опівдні. Як в таких умовах вибрати оптимальний варіант?

Тут все залежатиме, перш за все, від типу електростанції. Скажімо, автономні СЕС, електрика з яких споживається безпосередньо власником, мають давати високу генерацію і взимку, коли світловий день значно коротший, тому для них оптимальним є “зимовий” кут у близько 70°, якщо, звичайно, у будинку з такою електростанцією живуть весь рік. Якщо ж мова йде виключно про використання у теплу пору року, то кращим виявиться, навпаки, “літній” кут у 30°.

Для гібридних і мережевих СЕС найважливішим завжди залишається максимальний обсяг генерації в цілому за рік, тому зазвичай їхні сонячні панелі встановлюють під оптимальним для наших широт кутом у близько 45°. Це дозволяє отримувати пристойний рівень потужності протягом всього року.

​Чи можливо спростити?

Загалом, розрахунок кількості сонячних панелей можна значно спростити, якщо “викинути” з нього розрахунок куту нахилу сонячних батарей. Насправді, така можливість є, хоч і надто доступною її назвати не вийде. Так, мова йде про трекери — спеціальні конструкції, що забезпечують слідування панелей за Сонцем протягом дня та усього року. Втім, чи справді виправдане їхнє використання?

Це досить неоднозначне питання, адже відповідь на нього потребує максимально однозначно розставлених пріоритетів. Тобто, визначення головних цілей роботи панелей, серед яких можна виділити наступні варіанти:

• Максимальне використання можливостей сонячних панелей протягом усього дня. Потребує використання двовісного трекера, що підтримує наближене до перпендикулярного відносно сонячних променів положення батарей від сходу Сонця і до сутінок.

• Значне збільшення генерації відносно статичного положення. Можна отримати за допомогою одновісного трекера, що міняє кут нахилу тільки відносно однієї (горизонтальної, зазвичай) вісі.

• Помірне збільшення генерації відносно статичного положення. Кращий варіант для цього — напівстаціонарні системи з можливістю зміни куту нахилу під потреби відповідного сезону.

• Мінімізація витрат. Стаціонарне встановлення — завжди найдешевше.

Здавалося б, збільшення обсягів генерації є непоганим мотивом для використання трекерів, однак, вони мають і чимало неприємних недоліків:

• Висока вартість. Двовісний трекер, наприклад, може коштувати як половина звичайної сонячної електростанції під ключ. Відповідно, варто наперед порівнювати приріст генерації та строки окупності.

• Потреба у вільному просторі. На відміну від стаціонарних СЕС, які можуть стати, наприклад, навісом для господарських потреб, СЕС на трекерах потребують для нормальної роботи весь простір у місці встановлення, що зовсім не завжди виявляється зручним для власника.

• Необхідність регулярного обслуговування. Всі механічні та електронні компоненти трекерів потребують уваги від спеціалістів, як у рамках періодичного огляду, так і в разі несправностей. Звичайно, це означатиме додаткові витрати.

• Збільшення рівня деградації. Оскільки панелі на трекерах постійно мають більшу інтенсивність освітлення, процеси деградації в них також йдуть з більшою швидкістю, аніж у стаціонарних.

Окрім цього, варто звернути увагу на ще одну особливість таких систем. Коли обирають сонячні батареї, розрахунок їхньої кількості ведеться, окрім іншого, й за габаритами. А коли ведеться розрахунок сонячних батарей під трекер, це й взагалі стає основним параметром. Вся справа в тому, що від кількості панелей та їхньої площі буде залежати чимало критичних параметрів, таких як максимальне вітрове навантаження, загальні вага та розміри конструкції, тощо.

І тут виникає проблема — вже зараз фактично неможливо знайти панелі таких же розмірів та потужності, які були, скажімо, 5 років тому. Тож, обираючи використання трекера, варто наперед включати у розрахунок панелей для СЕС обов’язково високий рівень надійності, адже в разі несправності окремої панелі, її вже через кілька років фактично неможливо буде замінити.

Загалом, розрахунок сонячних батарей для звичайної СЕС є досить простим процесом, який вимагає лише поділити потрібну загальну потужність електростанції на потужність обраних панелей. А от вже для більш детальних розрахунків та підбору максимально оптимальних для використання результатів все ж варто звернутись до спеціаліста, тим більш що прорахунок завжди буде для вас безкоштовним!