Научный подход к солнечной батарее

РЕКЛАМА НА ФОРУМХАУС

Как бы не получился колосс на глиняных ногах.

"Специальная серия для России" - чего только маркетологи не выдумают. Хотя, если понимать как серия с урезанным качеством, то тогда можно. У того же пелинга есть такое видео

 

Матмодели без разницы с чем она работает, она держится на ногах физических законов, а физические законы одинаковы и для плохой и для хорошей панели. И матмодели почти одинаковы, меняются только некоторые свойства материалов, используемых при производстве панелей.
Но именно расчет с помощью модели дает цифры из которых можно оценить преимущества разных панелей и понять процентное соотношение цены/качества/мощности/энергии.

 

Как будете учитывать качество стекла? В дешевых модулях используется обычное стекло, которое при отклонении от перпендикуляра отражает много падающего света (например, говорят, в Onesun такое). Поэтому при испытаниях на стенде номинал показывают, а в реальности выработка сильно меньше ожидаемой. В хороших модулях специальное антибликовое покрытие на стекле бывает.

 

По законам оптики. Расчетная программа учитывает угол падения солнечных лучей на панель. То что отражается зависит от коэффициента преломления материала (стекла).

Конечно правильно просчитать антибликовое покрытие на всех углах падения будет сложно (интерференцию волн не готов считать полноценно), думаю достаточно будет коэффициентов преломления покрытия и стекла и введения поправочных коэффициентов при сравнении расчетных и практических измерений.

 

Начнем совмещать теорию с практикой.
Первые пробные расчеты в Excel дали мне понять как должна выглядеть итоговая картинка, в которой будут сведены все входные и выходные данные работы программы по расчету. Но для динамических расчетов Excel не совсем подходит (или я не умею в нем "готовить"), поэтому программа была переведена в вид расчета на web-странице с использованием языка JavaScript. Попробую протестировать ее на примере системы от @close,. Взяты входные данные 7 июля 2017г. В 13:00 (время не местное) получаем такие расчеты:

Общие принципы по выделению цветом результатов расчета такие:
-Расчетные результаты по солнцу и интенсивность в окошках с светло-желтым фоном
-Солнечные и тепловые мощности в окошках с темно-желтым фоном, энергии - оранжевый, различные потери - синий цвет текста на соответствующем фоне.
-Электрические мощности - розовый фон, энергии - сиреневый.
Для первой установки ~3кВт более подробные результаты с планируемыми тепловыми расчетами.
Итак в 13:00 на первую установку (21,67м2) изначально может попасть 15,26 кВт мощности (с начала расчета 8:00 соберется 48,36кВт*ч), погодные условия выбраны идеальными, потерь от облачности нет. На покрытие лучи падают под углом 38,39°, при этом отражается 0,68кВт (4,158кВт*ч), в стекле покрытия остается 0,6кВт (2,74кВт*ч)
Далее выбран коэффициент преобразования в электрическую энергию 0,162 получено 2,26кВт (6,72кВт*ч).
В тепловую энергию переходит 11,71кВт (34,74кВт*ч). При температуре панели 25°С и 20°С на улице через сткло будет уходить 0,46кВт (2,74кВт*ч) через подложку 0,38 кВт (2,28кВт*ч) остается 10,87кВт (29,73кВт*ч).
Для работы панели только по электричеству это тепло ухудшает КПД использования солнечного излучения. Для гибридных панелей это тепло будет приносить пользу и программа позволяет оценить эти возможности.
Для других установок все тоже самое, только без тепловых расчетов.
Теперь итоги по расчетам за день:

Теперь в картинке показаны итоги с максимумами мощности с указанием времени когда были эти максимумы.
В нижней части показаны реальные данные измерений в этот день для каждой установки. Попробовал для начала приблизить результаты расчета к реальным измерениям с помощью изменения коэффициента 0.162. Уменьшение его до 0.15 приводит к тому что энергия для первых двух установок совпадает с реальными, максимальная мощность в одном случае больше в другом меньше.
Делаю вывод, что этот коэффициент не должен быть одинаковым для всех расчетов, так и должно быть на самом деле. Этот коэф зависит от температуры самой панели, для панелей разных производителей он тоже отличается. Думаю, что постепенно приведем этот коэф в соответствие с реалиями.
@close, если есть желание, то можем продолжать. Для начала нужно уточнить изменившиеся входные данные Ваших установок, можно или в эту тему или в личку.
Далее постепенно начну вписывать в эту картинку-форму графики, погодные условия и все остальное.
Принимаю предложения о том, что лишнее и что можно добавить в такой вариант итоговой картинки.

 

В расчеты введены меняющиеся в течении дня погодные условия (облачность и температура). При этом в дальнейшем предполагается три варианта расчетов:
- подробный за сутки, когда учитываются погодные условия каждый час
- расчет за несколько дней (например неделя), используются 4 средних погодных значений за каждые сутки
- расчет за месяц и более, используется одно значение погоды за день (для температуры дополнительно мах и мин за день)
Испытаю новый вариант расчетов на установках от @DWW, где используются панели SDM-300 8-10кВт Солнца в помощь дому, выбран день 22 ноября 2018г, для него есть результаты практических измерений Публикуем данные по выработке ВИЭ за день, месяц, год

Вроде как расчеты совпадают с реальными измерениями, правда только в двух установках. Для МРРТ-2 (средней установки) расчеты не сходятся по значениям мощности. На реальном графике измерений почему то значения мощности выше на ~500Вт, хотя по моим данным установки 4,5 кВт почти одинаковы (отличаются только длиной провода). Думаю, вместе с @DWW, разберемся в чем проблема нестыковок.

 

В том процессе, 22 ноября, видно что утилизация была не полной, обогреватель который я специально включал, то включался, то выкл. МППТ 1 собрал больше, т. к. МАП ему давал больше работать.
Но в пике у него меньше кВт, там несколько ячеек затеняются от тонкой трубы, и подсаживают массив.
И он (МППТ1) раньше выходит из затенения.
Я уловил одну вещь, сейчас при низком солнце, установка может дать 130А в пике и прохладе.
А летом на жаре и с идеальным углом, 150-160А.

 

Впечатляют Ваши токи . Меня токи свыше 10 Ампер при любом напряжении уже "морально напрягают".

 

Что то мне подсказывает, что причина в чем то другом.
Как то эти нестыковки связаны с проблемами МАП, которую Вы описывали
Ответы на вопросы форумчан по инвертору МАП и др
Ответы на вопросы форумчан по инвертору МАП и др

 

Те проблемы, описанные по ссылкам, устаканились само собой, как только напряжение из сети стало не 210-220в, а 230-240в. Клещами больше не сравнивал, но БМ показывает все ОК, столбики вверх, и всегда 100% заряд. Да МППТ №1 и летом ватт на 200-300 меньше показывает, возможно барахлит какая то ячейка, или надо отключить МППТ 2, и посмотреть, выдаст МППТ1 3000Вт.

 

А еще китайцы используют стекло, которое может быть и отражает меньше, но очень хорошо обмерзает коркой льда зимой. И это куда более неприятно так как именно зимой электричество больше всего и нужно.
Если до обмерзания мои 18 панелей давали три недели назад 30-50 ватт, то сейчас дают 10 и даже при +2 оттаивать не хотят. Приходится тарахтеть генератором.

Меня напрягает побольше, от полусотни ампер примерно. Но таки да, я вас вполне понимаю. Если провода не толщиной как сварочные то и от 10А они уже могут теплыми быть.
А насчет напряжения - то при трёх десятках вольт дуга на постоянном токе уже вполне хорошо горит.
Поэтому у меня панели с напряжением холостого хода около 21 вольт и точкой максимальной мощности около 17.
Всё это в деревянном сарае, так что предпочитаю сильно не рисковать. Контроллер ограничивает максимальный ток зарядки аккумов на 20А. Мне хватает. Всё равно большую часть года панели и этого дать не могут.
Зато как летом приятно - на улице проливной дождь, дачники генераторами тарахтят, а у меня 120 ватт электричества просто от света серого неба и комп работает.

 

Если будут измерения тока/мощности панелей обмороженных и растаявших после теплого душа (хотя бы 3-5 точек измерения за день), то можно оценить теоретически насколько этот фактор влияет на выработку энергии для панелей.

Если готовы выложить подробности всей своей системы, то сделаю и для Вас спецстраничку с расчетами, которая поможет оптимально настроить Вашу систему на лучший вариант приема солнечной энергии. (Для солнечного коллектора тоже кстати можно, только это это будет уже в теме посвященной солнечным коллекторам).

 

Тут влияние так сказать качественное. Комп ест 20 ватт. Если панели дают больше - можно целый день носем в комп сидеть. А вот если меньше - то приходится задумываться о том сколько осталось топлива для генератора и чем я буду заряжать аккумы когда оно кончится. И время работы компа сокращать.
Нет разницы будет ли там 30 ватт или 50. Главное что больше 20, значит комп не сажает аккумуляторы. А зарядить их полусотней ватт всё равно сколько-нибудь заметно не получится. Можно только сэкономить на разряде, заряжать все равно генератором. Только либо через день либо через два если с погодой повезет.

В прошлом году солнечная энергия включилась 12 февраля - в смысле перестала требоваться дозарядка генератором. Еще полтора месяца надо прожить на имеющемся топливе. Пополнить запас невозможно в силу такого явления как распутица.

За предложение спасибо. Но ни угол наклона крыши сарая где лежат панели ни его ориентацию относительно сторон света я изменить всё равно не смогу. Потому что капитальное строительство в моем месте обитания - это теперь крайне дорого из-за проблем с транспортной доступностью.
А так я тут в разных темах немало про свою систему писал. Даже угол установки панелей измерял по фото с торца здания.
И у меня лес стеной стоит с южной стороны, так что пока солнце из-за него не вылезет говорить о сколько-нибудь существенной выработке не приходится. А вылезет оно ближе к концу февраля.
Так что с середины ноября по середину февраля сколько ни считай теорию и ни чисти панели от снега - энергии всё равно не хватает. А как только солнце вылезает из-за леса - можно уже не считать так как энергию девать некуда.
У меня же не просто так 18 панелей поставлено при типичном потреблении в несколько десятков ватт.
Расчитывалось так чтобы при абсолютно любой погоде в случае когда солнце выше края леса (даже если за тучами) - у меня было достаточно энергии. Так и работает.
Особо приятно бывает летом - под проливным дождем панели дают полторы сотни ватт. Все дачники сидят по домам и тарахтят генераторами, а я сижу носем в комп и с музыкой И даже аккумы успевают зарядиться для ночного сидения.

 

Информация по Вашей системе у меня более менее собрана. Требуются только мелкие уточнения.
Угол крыши сарая не изменить, но у панелей же можно изменить угол наклона, достаточно приподнять или верхний или нижний край панелей.

Тут все зависит от желания. Если конечно уверены, что система настроена оптимально и ничего уже нельзя изменить, то придется собирать энергии так как есть. Но научный подход позволяет сначала виртуально просчитать возможную модернизацию и понять нужно это делать или нет.
Лично у меня есть своя прагматическая заинтересованность в расчетах разных систем, расположенных в разных местах. Мне нужно подтверждение теоретических расчетов практическими данными измерений. Так, что если будут хоть какие то цифры измерений, то можно будет продолжать развивать расчеты по Вашей системе.

 

Я тут при каждом шторме слегка переживаю что и прижатые к крыше панели сорвать может. А если приподнять то как бы вместе с кусками крыши не унесло вообще. Это же типичный деревенский сарай - крыша из материала "технониколь"(типа рубероида) поверх досок, причем даже не сплошных. Ну уж такой мне достался - этот сарай старше меня, я только крышу перекрывал перед тем как панели укладывать.
Была бы у меня техническая возможность - я бы панели вертикально повесил чтобы избавиться от необходимости чистить снег. Но негде. Строить конструкцию из металла типа тех что для рекламы вдоль дорог используются - очень дофига металла надо, и толстого. А его сюда на лодке возить пришлось бы. И еще замечу, что те рекламные щиты, сделанные и установленные профессионалами, тоже довольно регулярно штормом сносит. Куда уж мне - любителю.

Практика показала, что как только солнце вылезает из-за леса - так сразу пропадает надобность в регулярной дозарядке аккумов от электростанции с двс. Если запускаю то только для питания всяких многожручих но редко работающих потребителей типа сварок-болгарок,стиральной машины и пылесоса. Фанатизмом по части стирок-уборок не страдаю, мелких детей не имею, так что раз в неделю - хватает.
Из этого делаю вывод что система вполне оптимальна с технической точки зрения. Как я уже сказал - энергии для компа (основной и главный потребитель!) хватает летом даже под проливным дождем.

У меня нет инвертора, способного отдавать лишнюю энергию в сеть, как и самой сети в поселке нет уже несколько десятков лет. Соответственно если я мощность с панелей и померяю - то это будет измерение потребления,а не того, сколько панели вообще могут выдать. Пользы для расчетов от этого не сильно много так как потребляю я летом намного значительно меньше чем они могут дать.

Я уже тут на форуме когда-то рассказывал про эксперимент: взял одну панель, еще до того как она была в числе прочих на сарай поставлена, подключил к аккумулятору через миллиамперметр, и в типичный серый тучный январский полдень начал ее крутить в руках и наклонять. Оказалось что панель совершенно явно "хочет" направление на юг и угол около 45 градусов. При этом показания амперметра максимальны. С одной панели что-то около 0.2А намерялось тогда. Я предположил что хотя само солнце прячется далеко за лесом, но облака в южной части неба над макушками деревьев всё-таки слегка подсвечивает рассеяным светом и они ярче чем в зените, хотя глазами это и не видно. Если бы облака светились полностью равномерно то оптимальным положением для панели было бы "лёжа на спине". Однако что при горизонтальном что при вертикальном положении ток падает примерно на треть от максимума.