Использование солнечных панелей в качестве альтернативных возобновляемых источников энергии в условиях средней полосы России представляет собой довольно сложную задачу. Слабое солнце, короткий день в зимний период и высокая стоимость оборудования заставляют нас проектировать подобные системы с максимальным КПД, «выжимая» все возможное из природных ресурсов и оборудования, добиваясь как можно большей эффективности и скорой окупаемости подобных проектов.

А.Е. Бечков , гл. специалист представительства AcmePower в России.

Сначала оценим количество энергии, которое возможно получить с квадратного метра земной поверхности в зависимости от времени года. Имея в качестве начального условия 55° с.ш. для г. Москвы мы получаем разницу почти на порядок в инсоляции между максимумом 21 июня и минимумом 21 декабря, см. табл. 1 [1].

Табл. 1. Поступление солнечной радиации на верхнюю границу атмосферы (Вт/м2 в сутки)

Широта, °с.ш.	0	10	20	30	40	50	60	70	80	90
21 июня	375	414	443	461	470	467	463	479	501	510
21 декабря	399	346	286	218	151	83	23	0	0	0
Среднегодовое значение	403	397	380	352	317	273	222	192	175	167

При этом надо сказать, что получение солнечной энергии в зимнее время, в сезон наибольшего расхода энергоресурсов, связано с дополнительными трудностями, такими как проведение специальных работ по очистке солнечных панелей от снега.
Более полные данные по инсоляции в течение года для г. Москвы [2] представлены в табл. 2.

Табл. 2. Месячные и годовые суммы суммарной солнечной радиации, кВт.ч/м2.
(Москва, Котельническая наб., широта 55,7)

	янв	февр	март	апр	май	июнь	июль	авг	сент	окт	нояб	дек	год
Горизонтальная панель	16,4	34,6	79,4	111,2	161,4	166,7	166,3	130,1	82,9	41,4	18,6	11,7	1020,7
Вертикальная панель	21,3	57,9	104,9	93,5	108,2	100,8	108,8	103,6	86,5	58,1	38,7	25,8	908,3
Наклон панели - 40.0°	20,6	53,0	108,4	127,6	166,3	163,0	167,7	145,0	104,6	60,7	34,8	22,0	1173,7
Вращение вокруг полярной оси	21,7	62,3	132,9	161,4	228,0	227,8	224,8	189,2	126,5	71,6	42,2	26,0	1514,3

Таким образом, приняв КПД солнечной панели за 10%, мы получим для статической панели с наклоном в 40° декабрьский минимум в 2,2 кВт.ч/м2 и июньский максимум в 16,3 кВт.ч/м2. Задачи Каким образом, принимая в расчет непостоянство величины получаемой с квадратного метра электроэнергии, мы можем ее использовать? Какой должна быть гибридная электросеть внутри помещений при таком перепаде величин?

Решение Принципиально, система должна учитывать то важное обстоятельство, что каждое электрическое преобразование питающего напряжения имеет конечный КПД, составляющий для импульсных преобразователей в среднем 70-80%. Построение
энергосберегающих сетей питания нужно осуществлять так, чтобы на каждое подключенное к сети устройство приходилось как можно меньше таких преобразований.
Предлагаемый вариант построения такой сети принимает во внимание следующие особенности бытового электропотребления:
• Наличие у населения большого количества бытовой электронной аппаратуры низковольтного питания, такой как сотовые телефоны, мобильные компьютеры, смартфоны, фото-видео камеры, мультимедиа-плееры и т.д., причем большинство из таких устройств легко допускает отклонение входного напряжения питания на 20-30% от номинала.
• Питание маломощной низковольтной техники осуществляется с помощью импульсных преобразователей, наиболее популярными входными напряжениями для которых являются напряжения 5-6 В и 12 В. Здесь также нужно отметить, что промышленностью
выпускается множество универсальных 12 В автомобильных импульсных преобразователей питания.
• Питание предлагаемых для освещения помещений светодиодных ламп постоянного тока возможно от напряжений более 3 В. Такие лампы имеют встроенные импульсные преобразователи, ограничивающие ток и напряжение на светодиодах.
Основываясь на всем вышеперечисленном, предлагается строить стационарные гибридные системы питания жилых помещений, структура которых показана на рис. 1.

Рис. 1 Структурная схема гибридной системы электропитания

Преимуществами такой системы являются:
•Два или три выходных напряжения UС, UБ1 и UБ2, например UБ1=UБ2=6В, а UС=12В. В качестве розеток такой сети можно, например, использовать разъемы USB (гнездо Socket A) и стандартные розетки 12 В, применяемые для бортовой сети самолетов.
•Простота схемотехнической реализации.
•Низкие потери на преобразование. Питание большинства осветительных и маломощных устройств производится непосредственно от аккумуляторных батарей.
•Бесперебойный режим работы. При разрядке аккумуляторной батареи питание осуществляется от сети 220В.
К недостаткам такого низковольтного подхода можно отнести ограничения по мощности. При прокладке приходится принимать во внимание толщину сетевого провода.
Общая потребляемая мощность W определяется как:

W=I2 (Rн+Rп),

где Rн – сопротивление нагрузки,
Rп – сопротивление сетевого провода;
I – сила тока.

Поэтому, например, для того, чтобы мощность потерь в проводах составляла не более 1%, необходимо чтобы выполнялось соотношение Rн>100.Rп.
Сопротивление провода, как известно, зависит от его длины и сечения по формуле

Rп= ρL/S,

где ρ – удельное сопротивление ма-
териала провода, Ом.мм2/м;
L – длина, м;
S – поперечное сечение, мм2.

Поэтому нужно размещать аккумуляторные батареи ближе к нагрузке. В случае, если предполагается питание более мощных устройств, можно повысить напряжения аккумуляторов.