Сколько нужно солнечных панелей для снабжения электричеством целого дома

При определении количества необходимых панелей нужно учесть основные факторы. К ним относится количество потребленной мощности за сутки, общая производительность оборудования, климатические условия и возможные потери. Такая техника, как холодильник, кондиционер или электрочайник дают разную нагрузки. Общей мощностью в 5 кВт можно обеспечить небольшой коттедж, но зимой потребуется больше панелей, так как меньше количество солнечных дней и время активной фазы в светлом периоде. Для увеличения производительности часто используют комбинированные панели, чередуя монокристаллические и тонкопленочные. Первые лучше вырабатывают энергию при ярком освещении, а вторые – при рассеянном свете или в пасмурную погоду.

Итак, как выбрать солнечные панели для частного дома? Для поиска подходящего варианта необходимо учитывать четыре главных параметра:

• величина потребляемой энергии в кВт·ч, можно измерить прибором ваттметром или посчитать, умножив мощность на количество часов;
• КПД преобразователей света в электричество, он составляет в лучшем случае 24-26% и зависит от яркости, угла расположения, технологии производства;
• коэффициент инсоляции в вашем районе, это показатель, указывающий, какое количество энергии получается за единицу времени;
• наличие аккумуляторов и опции доукомплектования для увеличения емкости.

Среднее энергопотребление дома в сутки

Этот показатель сильно отличается между и в большей степени зависит от предпочтений жильцов. В среднем энергопотребление частного дома обычно составляет 10–30 кВт·ч. Холодильник требует до 2.5 кВт·ч, компьютер — 1,2 кВт·ч, насос отопления — 2 кВт·ч. Освещение и телевизор даже при постоянном использовании — до 3 кВт·ч. Расчет солнечных панелей начинают с анализа счетов. Нужно определить суммарной расход за месяц. Это позволит выявить рамки, по которым можно ориентироваться. 

Рассмотрим хороший пример, рассказывающий о том, сколько потребляет семья из 4 человек за месячный период:

Имеется газовая плита, но электрической системой отопления потребляется 15–20 кВт·ч/сутки. Кондиционер летом увеличивает цифру на 30%. Информация о каждом потребителе обязательна для точного расчета суммарного значения. Также в эту цифру нужно включить телевизор, ПК, различные гаджеты, десятки зарядных приборов для фонариков и мобильных устройств. Некоторые гаджеты могут потреблять больше, чем повседневная техника.

Мощность одной панели и её КПД

Производители выпускают несколько модификаций устройств, стандартная панель на 400 Вт теоретически вырабатывает 2 кВт·ч в день, но по факту — 1.2–1.5 кВт·ч из-за КПД 18–22%. Монокристаллические модели лучше работают в пасмурную погоду, чем поликристаллические, но хуже тонкопленочных. Второй тип придуман для рассеянного света. Производительность панелей уменьшается при нагреве. Например, летом потери достигают 15%, а зимой она падает из-за холода. Существует также средний температурный показатель, при котором выработка наибольшая. Плюс, большое значение имеет угол наклона, который нужно корректировать в зависимости от сезона и времени суток.

Новый технологии (гетероструктурные панели) повышают КПД до 25%. Вариант на 550 Вт потребует меньше места, но стоит дороже. Поэтому брать несколько средних панелей часто выгоднее. Хорошо сделать запас 20% на деградацию. Одни виды постепенно приходят к этой цифре, другие быстро, но затем процесс замедляется. 

Важно. Гетероструктурной называется панель, созданная на основе контакта двух форм кремния – в аморфном и кристаллическом видах. Соответственно, аморфная часть содержит положительные, а кристаллическая – отрицательные заряды. Такие панели отличаются большим коэффициентом полезного действия и стабильностью выхода энергии.

Количество солнечных дней в вашем регионе

Не менее важным критерием выступает инсоляция. Она показывает, сколько кВт в час способна выработать панель площадью 1 м кв. за один год. В более солнечных регионах, например, в Сочи, она составляет 1400 кВт·ч/м²/год. Если панель монтируется в Москве или области, то данный показатель меньше на 400 единиц. Соответственно, КПД блице к столице уменьшается почти вдвое. Зимой производительность устройств для приема солнечных лучей падает в 3–5 раз. Потери возможно компенсировать большими панелями или выбором лучшего угла наклона для получения большего количества фотонов.

Например, для дачного дома на солнечных панелях в Сибири следует купить фотоприемники со способностью работать при -40°C и снегозащитой. Регион с туманами требует запас по мощности от 30%. Эти сведения невозможно рассчитать или определить каким-то образом. Данные по инсоляции можно брать из справочников, доступных в глобальной сети Интернет.

Для правильного расчета применяют следующую формулу: (Суточное потребление × 1.3) / (Инсоляция × КПД панели). Например, для 10 кВт·ч в Подмосковье потребуется (10 × 1.3) / (3.5 × 0.18) ≈ 20 панелей по 400 Вт. Учитывайте потери в кабелях (3–5%) и компонентах автоматики.

Чтобы узнать, сколько нужно солнечных панелей для частного дома, приведем простой алгоритм:

1. Сначала нужно посчитать общей расход приборов.
2. Умножить на региональный коэффициент.
3. Добавить 25% на потери.
4. Разделить на мощность одной панели.

Пример расчёта для дома на 5–10 кВт⋅ч в сутки

Дом с газовой плитой, холодильником, телевизором, компьютером и насосом потребляет 8 кВт·ч/сутки. Солнечная энергетика в Краснодаре выдает инсоляцию 4.2 кВт·ч/м². Рассчитаем количество панелей мощностью 400 Вт: 

(8 × 1.3) / (4.2 × 0.20) = 12.4 → 13 шт.

Этого количества хватит зимой и прохладные межсезонные периоды при наличии аккумуляторов на 10 кВт·ч. Если добавить стиральную машину и чайник, то расход увеличится до 12 кВт·ч. Для выработки такой мощности потребуется установить 20 панелей. Поэтому сначала нужно сделать аудит потребителей. Для снижения энергетических затрат отключите фантомные нагрузки и замените лампы на LED. 

Учёт потерь в инверторе и аккумуляторах

При этом расчете обязательно учитывают потери. Это неизбежные траты драгоценных Вт, выражаемых нагревом проводников, контактных групп. Но кроме контактных соединений учитывают несовершенство самих активных звеньев комплекса. Инвертор теряет 5–10% электроэнергии, аккумуляторы — 15–20% при преобразовании электричества. Производительность солнце-приемников падает на 0.5% в год. Поэтому к расчетной мощности солнечных панелей обязательно добавляют 30% в качестве запаса.

Например, система на 10 кВт·ч в сутки фактически должна генерировать 13 кВт·ч. Но кроме генерации важно грамотной выбрать тип накопителя. Лучше купить литиевые АКБ с КПД 95%, чем свинцовые (75%). Пусть они дороже, но срок службы в 2-3 раза больше и они менее критичны к опасным режимам работы. Также важно правильно рассчитать кабель. Например, сечение 6 мм² заметно уменьшает потери за счет малого удельного сопротивления.

Обязательно учтите площадь для размещения солнечной генерирующей системы. Например, одна  панель мощностью 400 Вт занимает ≈1.8 м². Система 5 кВт потребует 25 м². Наклон крыши должен быть 30–45°. Солнечные панели для дома можно установить и на участке, но тогда они будут затемнять территорию. Для расположения солнечных приемников требуется ровная площадка, чтобы сохранить угол наклона постоянным, а производительность стабильно высокой. Лучшим вариантом станет выбор автоматических регулируемых комплексов, обеспечивающих увеличение периода активного поглощения солнечного света.

Важно учесть следующие детали:

• расстояние между рядами ≥1.7 м;
• отсутствие теней от деревьев, так как даже затемнение небольшого фрагмента одной панели сильно снижает производительность всего ряда;
• усиление старой крыши, так как солнечная система имеет внушительную массу;
• доступ для очистки снега и обустройство безопасных трапов для подступа.

Монтаж на крыше или земле

Крыша экономит место, но существуют ограничения по нагрузке (стропильная система должна выдержать от 25 кг/м²). Земляные конструкции позволяют менять угол наклона по сезону, ориентируя приемные поверхности строго в южном направлении. Отклонение даже на 30° снизит производительность на 10%.

Для каждого варианта нужен специальный тип крепежа. Например, для черепицы — скользящие фиксаторы, для металлочерепицы — зажимы с резиновыми прокладками. Кабель обязательно должен быть в гофре.

Пример площади под 5 кВт установку

Стандартная система из 12–14 панелей по 450 Вт занимает 22–25 м². Один квадрат преобразователей света в электричество дает примерно 200 Вт. Поэтому для 5 кВт потребуется не менее 25 м². На плоской крыше нужно добавить место под балласт, чтобы комплекс устоял на месте при ветровых нагрузках.

Если площадь ограничена, можно купить панели 600 Вт. В таком случае 9 штук займут 16 м². Но габариты каждого модуля 2.2×1.1 м, соответственно, больше вес.

Без АКБ до 80% энергии теряется в никуда. В дневное время это излишки, а в ночное – недостаток. Дом на солнечных батареях должен иметь запас энергии минимум на 1–3 дня. Для увеличения производительности и независимой автономии применяют гибридные инверторы с автоматическим переключением источников.

Для этого потребуются:

• аккумуляторы (литиевые 10 кВт·ч);
• контроллер заряда батарей;
• резервный дизель-генератор для автономии;
• умный автомат управления – АВР.

Почему одних панелей мало - нужен аккумулятор

Солнце светит 4–6 часов зимой, а чайник, стиральная машина и освещение работают периодически, но постоянного. Устройства для приема солнечных лучей не дают ток ночью. Аккумуляторы решают эту проблему. Они запасают энергию днем, отдают вечером или в иное время в зависимости от потребности. Без АКБ система обеспечит только дневные нагрузки (компьютер, холодильник), а насос отопление или котел остановятся ночью. Для обеспечения их работы нужен наименьший запас в 8 часов.

Как это реализовано в готовых решениях от VOLTS

VOLTS предлагает комплекты «под ключ» с солнечными панели, АКБ и инверторами. Мощность солнечных панелей согласована с емкостью батарей. Например, набор на 5 кВт включает:

• 12 панелей по 430 Вт;
• АВР на 10 кВт·ч;
• инвертор 6 кВт.

Автоматика контролирует нагрузку и обеспечивает приоритет потребителей. Можно добавить генератор, дополнительные АКБ. Монтаж всего комплекса займет не больше одного дня.

Сначала посчитайте суммарной расход. Для этого сложите мощность каждого прибора и умножьте на время работы. Холодильник, телевизор и насос в системе отопления потребляют до 5 кВт·ч? Значит, нужно 7 кВт·ч генерации с учетом потерь. Затем нужно выбрать панели с КПД >20% и АКБ на 150% от суточного потребления.