Вітаю! Ситуація з вимкненнями енергії стає дедалі гірше, тому я задумав встановити декілька невеликих сонячних панелей на даху багатоквартирного будинку. Закономірні питання – скільки панелей, які, вистачить для моїх потреб? Відповідаю на ці питання, в першу чергу, сам для себе, можливо знадобиться ще комусь. Стаття теоретична, практика буде згодом, як з.явиться в продажу актуальний асортимент обладнання по людських цінах. Поїхали!
Застереження! Автор статті не має профільної освіти електрика/електромонтажника/інсталятора. Ця стаття – особисті роздуми та розрахунки і подається виключно для ознайомлення. Будь ласка, візьміть відповідальність за свою безпеку на себе, не приймайте рішень бездумно, звертайтесь до професіоналів!
Вхідні дані: 2к квартира в новобудові на останньому 6 поверсі. Встановлена система безперебійного живлення – низькочастотний інвертор 3 кВт в парі з акумулятором 24В 100 А*год
1. Визначаю свої потреби
Перше, що маю дізнатись, це скільки енергії мені потрібно. Для цього дивлюсь помісячне споживання квартири. Статистика наступна:
| Місяць(2024) |
Спожито, кВт*год
|
| Січень | 189 |
| Лютий | 246 |
| Березень | 265 |
| Квітень | 164 |
| Травень | 191 |
| Червень | 150 |
Виходить 1205 кВт*год за 6 місяців або близкько 200 кВт*год за місяць або, відповідно, 6,7 кВт*год на добу. Враховую, що в лютому-березні проводились певні ремонтні роботи із застосуванням перфоратора та інших потужних споживачів, тому для розрахунків беру 6 кВт*год/добу. З цього значення треба вирахувати споживання непріоритетних пристроїв – бойлера, сушильної машини, електрокотла, чайника, гриля. Вони підключені напряму до мережі, не через інвертор.
За моїми спостереженнями, акумулятора 24В 100 А*год вистачає приблизно на 12 годин роботи пріоритетних споживачів при розряді на 80%. Тобто, споживання становить 2 кВт*год за 12 годин або 4 кВт*год на добу. Це влітку. Взимку буде більше, оскільки працюватиме газовий котел з насосом. Приймаю, що для мінімальної автономії потрібно 4,5 кВт*год на добу.
2. Розраховую потужність сонячних панелей
Наступний крок – визначити, скільки ват панелей потрібно, щоб згенерувати необхідні мені 4,5 кВт*год енергії. Для цього знадобляться показники інсоляції для вашого місця знаходження. Їх можна знайти за запитами “карта інсоляції україни”, “карта сонячної активності”. Також, можна скористатись ресурсом https://pvgis.com/, вибрати на карті своє місцезнаходження, натиснути “Visualize results” і отримати графік інсоляції по місяцях:
Для мого гео середнє значення становить приблизно 3,14 кВт*год/кв. м.*день. Можна рахувати помісячно, піставляючи відповідний показник інсоляції(кількості сонячної енергії) у формулу:
Генерація = Інсоляція * Площа панелей * ККД панелі * Кількість днів * Кількість панелей
Як використовувати цю формулу і навіщо вона потрібна? В першу чергу для того, щоб зрозуміти, яку кількість енергії дасть сонячна панель у вашому конкретному регіоні.
Подивимось на прикладі:
Беру показники панелі Ja Solar JAM54S40 440/LR. Її розміри 1762*1134, тобто 2 кв.м., при цьому, номінальна потужність 440 Вт.
Одна така панель генерує(по формулі) 3,14 кВт*год/кв. м.*день * 2 кв. м.* 0,26 * 1 день * 1 панель = 1,633 кВт*год/день в середньому.
Максимальна та мінімальна генерація відповідно:
В липні(найвища генерація) 4,79 кВт*год/кв. м.*день * 2 кв. м.* 0,26 * 1 день * 1 панель = 2,49 кВт*год/день
В грудні (найнижча генерація) 0,93 кВт*год/кв. м.*день * 2 кв. м.* 0,26 * 1 день * 1 панель = 0,48 кВт*год/день
Тобто, в моєму місті, одна панель JAM54S40 440/LR генеруватиме від 0,48 кВт*год до 2,49 кВт*год в залежності від місяця.
Для того, щоб перекрити моє споживання 4,5 кВт*год/день, влітку вистачить 2 такі панелі, взимку потрібно 9-10 панелей
Отже, для перекриття потреб моєї квартири потрібно 795 Вт панелей влітку та 4125 Вт взимку або 1212 Вт в середньому.
Ці дані точні для конкретних панелей Ja Solar JAM54S40 440/LR, але на них можна орієнтуватись, оскільки сучасні панелі всіх хороших виробників мають приблизно такі ж показники. Якщо треба прям точно, то можна підставити параметри вибраних вами панелей і перерахувати.
Якщо дозволяє бюджет та місце, можна ставити панелі по зимовому споживанню і бути повністю автономним. Мої реалії – компенсувати хоча б частину потреб та мати джерело зарядки акумулятора при блекаутах. Беру для подальших розрахунків середнє значення 1200 Вт. Навіть з такою кількістю панелей, влітку їх буде достаньо для повної компенсації споживання квартири. Взимку матиму приблизно 1-1,5 кВт*години/день із необхідних 4,5 кВт*год. Тобто, 20-30%. Теж непогано)
3. Вибираю конкретні сонячні панелі
Знаючи приблизну необхідну потужність, можна приступити до наступного етапу – вибрати конкретні панелі. Спершу визначаю, яким номіналом набрати необхідні мені 1200 Вт. Можна взяти 2 по 600 Вт або 3 по 400 Вт або 4 по 300 Вт. Тут опираюсь на доступне місце для установки. В мене це плоский дах квартирного будинку(дирявити не можна, треба буде придумувати баластну систему кріплення), тому тягти туди величезні 550-600 ватні панелі не варіант. Надто великі(2278*1134 мм) та важкі(28-30 кг). 300 ватні панелі теж не дуже добрий варіант, адже у альбомній орієнтації займуть багато місця по довжині. До того ж, сучасні панелі зазвичай більшого номіналу, тому попередньо зупиняюсь на варіанті 3 шт по 400-450 Вт. Далі треба перевірити, чи можна підключити 3 панелі послідовно до мого контролера. Це залежить від напруги, про неї далі.
Як підібрати напругу сонячних панелей?
Що ж, вже є певна конкретика – скільки та якої потужності панелі потрібні. Щоб впевнитись, що можливо встановити три панелі, потрібно підібрати напругу. Чому це важливо? По-перше, щоб не спалити обладнання, по-друге, щоб отримати більшу ефективність. Тут опираюсь на параметри сонячного контролера. Замовив з алі MPPT контролер MUST PC18-8015F з такими характеристиками:
Як бачимо, максимальна напруга трекера 145 В. Від цього і відштовхуюсь. В середньому, панелі 400-450 Вт мають номінальну напругу від 37 до 43 вольт. За певних умов, напруга може бути вищою від номінальної, тому треба взяти невеликий запас. Зазвичай, він становить 10-15%. Що це значить і як розуміти? Наприклад, панель з напругою 45 В при певних умовах може видати на 10% більше, тобто 45 в * 1,1 = 49,5 В. Три такі панелі при послідовному підключенні видадуть відповідно 148,5 В, що більше 145 В мого контролера. Хоча, на перший погляд, можна використати три панелі по 45 В і мати 135 В на виході.
Якщо коротко: приблизно визначаю, яку номінальну напругу може прийняти мій контролер із врахуванням запасу 10-15%. Для мого трекера 145 В це приблизно 125-130 В. Далі це значення ділю на кількість панелей: 125/3 = 41.67 В. Отже, щоб не спалити трекер на 145 В, я маю підключити до нього 3 панелі з номінальною напругою не більше 41-42 В.
Значення напруги беремо у даташиті виробника. Це найвища напруга із всіх заявлених. Для панелі Ja Solar JAM54S40 440/LR це 38,9 В:
Приклад для інвертора Powmr POW-HVM6.2M-48V, 48 В, 6200 Вт:
Він має трекер 450 В. Даємо запас 15%. Виходить 390 В. 390 В *1,15 = 448,5 В
Тобто, щоб не спалити трекер на 450 В, використовуємо панелі із сумарною номінальною напругою не більше 390В!
Це може бути: 10 панелей з номінальною напругою до 39 В, 9 панелей 43 В, 8 панелей 48 В та інші комбінації. Не варто встановлювати 10 панелей 43 В, це забагато!
Пан Денис(https://www.youtube.com/@sdvchanel) говорив на одному із стрімів, що встановив 11 панелей і взяв малий запас, що призвело до перевищення напруги і довелося відключати одну панель. Це зайві витрати та ризик спалити контролер. Вчуся на його помилці, щоб не повторити. Безмежна подяка Денису за його працю.
Не перевищуйте максимальну напругу трекера! Так, він не згорить відразу, якщо це декілька зайвих вольт, а піде в захист і виб.є помилку. Відповідно, запише в логи спрацювання по перенапрузі, це відразу відмова у гарантії.
Для тих, хто хоче детальніше розібратись, звідки взялися ці 10-15% запасу і точно порахувати цей відсоток, потрібно розглянути параметри фотомодулів. Вони наступні:
- Номінальна потужність – Вт
- Напруга точки максимальної потужності – В
- Напруга розімкнутого кола – В
- Струм точки максимальної потужності – А
- Струм короткого замкнення – А
- Тепературні коефіцієнти
- ККД
Розберемось що це:
Номінальна потужність – потужність, яку може згенерувати панель в ідеальних тестових умовах(лабораторних). Якраз її ви бачите в назві фотомодуля, наприклад Ja Solar JAM54S40 440/LR. В реальності, це значення буде нижче, за рідкими виключеннями. Тобто, панель 440 Вт майже ніколи не даватиме заявлені 440 Вт, оскільки умови 99% часу не ідеальні.
Напруга точки максимальної потужності – значення напруги, при якій панель має найвищу ефективність(ККД).
Напруга розімкнутого кола – максимальна напруга, яку видає панель без навантаження(струм не протікає). Інші назви – напруга відкритих контактів, напруга холостого ходу. Саме це значення завжди найвище у даташиті і його потрібно використовувати для розрахунків.
Струм точки максимальної потужності – струм, при якому панель має найвищу ефективність(ККД).
Струм короткого замкнення – максимально можливий струм, який видасть панель при короткому замкненні конекторів. Напруга та потужність при цьому нульова. Так, фотомодулі можна замикати накоротко, це не пошкодить самі комірки, але конектори можна зіпсувати, тому не варто ризикувати.
Тепературні коефіцієнти – показують, як зміни напруга та струм фотомодуля в залежності від температури.
ККД – ефективність панелей. Для сучасних екземплярів становить близько 25%
Всі ці параметри можна знайти на офіційному сайті виробника панелей, наприклад: https://www.jasolar.com/statics/gaiban/pdfh5/pdf.html?file=https://www.jasolar.com/uploadfile/fujian/2024/0506/fd0a71ee4bba916.pdf
Тобто, кожна панель має по два параметри струму та напруги. Щоб краще зрозуміти що це за точки, можна подивитися вольт-амперну характеристику:
Добре видно три основні точки – Ікз(струм короткого замкнення, напруга та потужність при цьому нульові), MPP(точка максимальної потужності, або “ідеальний” баланс напруги та струму, при яких панель видає максимальну потужність), Uxx(напруга розімкнутого кола, струм та потужність при цьому нульові).
Повернемося до 10-15% запасу по напрузі і звідки це береться. Фотомодуль виготовлений із напівпровідників, їх параметри залежать від температури та кількості сонячної енергії(інсоляції). Кожна панель має згадані вище температурні коефіцієнти по струму та напрузі. Наприклад, для панелі Ja Solar JAM54S40 440/LR вони мають значення
Isc = +0,045 %/С та Voc = -0,25 %/C.
Це значить, що при збільшенні температури комірки на 1 градус Цельсія струм зросте на 0,045%, а напруга зменшиться на 0,25%. Тобто, чим нижча температура, тим вища напруга.
Можливий сценарій, коли зимового ранку панель охолоджена і виходить сонце, напруга досить значно зростає і може перевищити значення напруги холостого ходу та пошкодити трекер. Влітку, коли температура висока, напруга досить сильно зменшується, струм збільшується, але мізерно.
Щоб порахувати необхідний запас, я беру значення найнижчої можливої температури мого регіону, наприклад -25. Знадобляться характеристики панелі із даташита – значення напруги холостого ходу(це значення вказано для температури + 25) та температурний коефіцієнт по напрузі. Рахуємо для панелі Ja Solar JAM54S40 440/LR:
Напруга холостого ходу: 38,9 В
Температура: -25
Коефіцієнт: -0,25 %/C
50 градусів(перепад температури) * -0,25 = 12,5%
38,9 В * 1,125 = 43,76 В
Отже, напруга холостого ходу при температурі +25 градусів становить 38,9 В, а при -25 вже 43,76 В
Саме на значення 43,76 В, а не 38,9 В варто орієнтуватись при розрахунку кількості панелей. До трекера з порогом 450 В варто підключити 450/43,76 = 10,28 = 10 панелей, хоча на перший погляд можна 11, бо 450/38,9 = 11,57
Короткий висновок по напругах: можна відштовхуватись від параметрів трекера, відняти від його максимальної напруги 15% і отримане значення ділити на напругу холостого ходу панелі із даташита, не заморочуватись. Для душнил як я, можна піти далі – порахувати необхідний % запасу по параметрах панелі і мінімальної температури вашого регіону. Отримаємо точніше значення кількості панелей.
Як підібрати струм сонячних панелей?
Зі струмом простіше – орієнтуюсь на даташити панелей та інвертора. Бажано не перевищувати максимальне значення, хоча контролер не візьме більше, ніж може, і обріже зайве(в розумних межах). Для високовольтних інверторів зазвичай застосовують послідовне підключення, тому струм буде однаковим для будь-якої кількості панелей. Для низьковольтних може застосовуватись змішане підключення, наприклад як на картинці:
Висновок
Підібрати сонячні панелі цілком посильна задача. Планую пробувати самостійно, щоб не бути голослівним і не роздавати шкідливих порад. Для моєї 24 В системи та контролера MUST PC18-8015F добре підійдуть панелі RISEN RSM40-8-420M з напругою 42,49 В та струмом 12,59 А або аналоги з подібними характеристиками. Для початку, встановлю три панелі, а далі буде видно – потрібно ще чи достатньо. Не полінуйтесь витратити півгодини часу і розрахувати необхідну вам кількість та характеристики, це убереже систему від аварій та виходу з ладу, а також дозволить порозумітися із проектувальником та виконавцями, якщо планується найм спеціалістів. Бажаю всім безпечного та безперебійного живлення!
Update 01.10.2024:
Знайшов панелі, які краще підходять під мій контролер – Jinko Solar JKM480N-60HL4. Чому саме вони? Напруга холостого ходу 43,60 В. Три штуки послідовно дають 130,8 В, а із врахуванням теплового коефіцієнта -0,25%/С навіть у -25 градусів 49,05*3=147,15В. Так, перевищення верхньої межі мого контролера на 2,15 В. Але. Такої ситуації просто не може бути, оскільки панелі встановлені під кутом 26 градусів, тобто літнім. N-Type. Розмір 190*113. Так, довші на 15 см за 400-440 ватні модулі, але все ще придатні для транспортування на дах моєї багатоповерхівки. Одним словом – це панелі найбільшої потужності, які підходять мені по напрузі, розмірах та масі.