Что такое автономная солнечная система
Автономная (off-grid) солнечная установка за световой день должна запасти в аккумуляторе столько энергии, сколько нагрузка израсходует за сутки, и ещё оставить резерв на пасмурные дни. Поэтому расчёт всегда ведут от одной цифры — суточного потребления Eсут в ватт-часах. Из неё выводят две главные величины: пиковую мощность фотомодулей, чтобы успеть зарядиться за короткое «окно» солнца, и ёмкость батареи, чтобы дотянуть до следующей зарядки. Калькулятор считает обе по простым инженерным формулам.
Pпанель = Eсут / (солн.часы · КПД) КПД ≈ 0,75
Cакб(А·ч) = Eсут · дни / (Uсист · DoD) DoD ≈ 0,5
Здесь Eсут — суммарное потребление всех приборов за сутки, «солнечные часы» — эквивалент часов полной инсоляции (1000 Вт/м²), КПД — общий коэффициент потерь тракта, Uсист — номинальное напряжение системы (12, 24 или 48 В), DoD — допустимая глубина разряда аккумулятора. Ёмкость получается в ампер-часах при выбранном напряжении; ту же энергию в ватт-часах даёт произведение Cакб · Uсист. Панель и батарею считают независимо: первая отвечает за скорость зарядки в узкое солнечное окно, вторая — за запас на ночь и непогоду.
Разбор величин
Суточное потребление складывают по каждому прибору как «мощность × часы работы». Если паспорт даёт только ток, переведите его в мощность через ватты ↔ амперы, а разнородные единицы энергии сведите к ватт-часам с помощью конвертера энергии. Приборы переменного тока питаются через инвертор, а он забирает 10–15% на собственные потери — это учитывают либо надбавкой к Eсут, либо более низким КПД. Чем точнее итоговая сумма, тем ближе к реальности обе расчётные цифры.
«Солнечные часы» — это не длительность светового дня, а эквивалент времени, за которое панель отдала бы всю дневную выработку на полной мощности. Для средней полосы летом это 4–5 часов, зимой всего 1–2; южные регионы дают больше. Паспортная мощность панели измерена в лабораторных условиях (STC), а в поле нагрев, неоптимальный угол и запылённость снижают отдачу — как раз это компенсирует КПД ≈ 0,75, куда входят ещё потери MPPT-контроллера или преобразователя (DC-DC buck/boost), проводов и самой батареи при заряде-разряде.
Глубина разряда DoD определяет, какую долю ёмкости можно реально использовать. Для свинцово-кислотных берут 50%, чтобы батарея выдержала больше циклов; литий-железо-фосфатные (LiFePO₄) допускают 80% и выше. Именно поэтому в формуле ёмкость делится на Uсист · DoD: чтобы отдать нужные ватт-часы, «сырой» ёмкости нужно вдвое больше используемой. Автономность (число дней без солнца) просто умножает требуемый запас — и напрямую растит батарею, не трогая панель.
Справочные данные
Тип аккумулятора задаёт и DoD, и ресурс — от него зависит, во сколько обойдётся хранение каждого киловатт-часа за срок службы:
| Тип АКБ | Рабочий DoD | Ресурс, циклов |
| Свинцово-кислотный (залитый) | 50% | 300–500 |
| AGM / GEL | 50% | 500–1000 |
| LiFePO₄ (литий) | 80% | 2000–5000 |
Второй частый источник ошибок — «солнечные часы». Значения ниже — лишь усреднённый ориентир; для проекта берите данные климатических баз по своей широте:
| Условия | Пиковых солнечных часов, ч/сут |
| Средняя полоса, лето | 4–5 |
| Средняя полоса, зима | 1–2 |
| Юг, лето | 5–6 |
| Среднегодовое (средняя полоса) | 2,5–3 |
Как применять на практике
Сначала соберите суточное потребление и добавьте запас 10–20% на старение и непредвиденные нагрузки. Затем выберите напряжение системы: чем больше мощность, тем выше Uсист — при 12 В токи быстро становятся неподъёмными, поэтому мощные установки переводят на 24 или 48 В. Нужную батарею такого напряжения набирают из отдельных банок — как соединять их последовательно и параллельно и какая выйдет суммарная ёмкость, считает сборка аккумуляторов.
По току системы подберите сечение проводки: калькуляторы сечения кабеля по мощности и сечения провода дадут минимум, а падение напряжения проверит, что на длинной линии от панели до контроллера не теряются драгоценные проценты выработки. Оцените, за сколько панель зарядит выбранную батарею, через время зарядки АКБ, а сколько система продержит нагрузку без подзарядки — через время работы батареи.
Полезно сравнить стоимость автономного киловатт-часа с сетевым тарифом (стоимость электроэнергии) — это показывает срок окупаемости установки. Для свинцовых батарей при больших токах реальная отдача ниже паспортной: поправку на ток разряда даёт ёмкость по Пекерту, а деградацию старой банки видно по росту внутреннего сопротивления АКБ.
Частые ошибки
Считать по летним «солнечным часам», а эксплуатировать зимой — самый частый промах: система, рассчитанная на 4–5 часов, при зимних 1–2 часах хронически недозаряжается и глубоко разряжает батарею. Второй — брать полную ёмкость АКБ как рабочую: свинцовую банку нельзя штатно разряжать глубже 50%, иначе ресурс падает в разы, да и на морозе доступная ёмкость дополнительно снижается. Ещё забывают про потери: панель «на 200 Вт» в реальных условиях отдаёт меньше, поэтому КПД 0,75 в знаменателе — не запас «на всякий случай», а необходимая поправка. Наконец, автономность в один день годится лишь для регионов со стабильным солнцем; для пасмурного климата закладывают 2–3 дня, что кратно увеличивает батарею.
Пример
Возьмём значения по умолчанию: потребление 600 Вт·ч/сут, 4 солнечных часа, напряжение 12 В, автономность 1 день. Мощность панели = 600 / (4 · 0,75) = 600 / 3 = 200 Вт. Ёмкость аккумулятора = 600 · 1 / (12 · 0,5) = 600 / 6 = 100 А·ч, что соответствует запасённой энергии 100 · 12 = 1200 Вт·ч. То есть на скромное потребление (несколько ламп, роутер, зарядка телефонов) хватит одной панели около 200 Вт и батареи 12 В на 100 А·ч; при переходе на 24 В той же энергии отвечает вдвое меньший ток и ёмкость около 50 А·ч.
См. также: время работы батареи · время зарядки АКБ · сборка аккумуляторов · все калькуляторы
|
