Como calcular a geração de energia solar: Fórmula, Exemplos; Pontos-chave

Introdução

Para calcular a geração de energia solar um sistema fotovoltaico pode gerar, você só precisa multiplicar sua capacidade pelo recurso solar disponível e um fator que representa o sistema fotovoltaico. Isto dá uma primeira estimativa da produção de energia. A produção real de energia solar/energia depende da localização ou design, temperatura, sombreamento, sujar, equipamento, e perdas do sistema.

O que você precisa para calcular a geração de energia solar?

Capacidade do sistema solar

Scálculos de energia solar ou energia solar comece com a capacidade fotovoltaica instalada. A potência nominal de um painel é normalmente expressa em watts (C), enquanto sistemas de energia maiores são descritos em quilowatts (kW). O termo “pico” refere-se à capacidade CC nominal do conjunto fotovoltaico sob condições de teste padrão.

Por exemplo, a capacidade nominal de um sistema de 20 painéis de 550 Painéis W são 11,000 C ou 11 kWp. Essencialmente, a matriz não significa que ela produz 11 kWh o tempo todo. A capacidade indica quanta energia a máquina pode gerar nas condições prescritas. Energia indica quanta eletricidade é gerada.

Horário de pico de sol e desempenho do sistema

As entradas subsequentes referem-se a horas de pico do sol e indicações realistas de desempenho do sistema. As horas de pico solar referem-se a horas equivalentes de irradiância solar em 1,000 W/m2 em vez do total de horas de luz do dia. Isso os torna úteis para estimativas de produção de energia solar de um arranjo fotovoltaico.

O desempenho de um sistema é afetado por vários mecanismos de perda, ou seja, conversão de inversor, sombreamento, sujar, incompatibilidade, fiação, conexões, disponibilidade, e efeitos relacionados ao módulo. O modelo PVWatts não assume que todos os sistemas fotovoltaicos possuem uma eficiência fixa. Em vez de, trata esses fatores separadamente.

Fórmula de geração de energia solar

Fórmula básica:

Um ponto de partida prático para cálculo de geração de energia solar é:

Geração diária estimada (kWh) = capacidade fotovoltaica (kW) × horas de pico de sol × fator de desempenho

Todas as variáveis ​​são diferentes umas das outras. A classificação da placa de identificação DC instalada é a capacidade fotovoltaica. Horário de pico de sol são a mesma quantidade equivalente de recursos solares disponíveis. O fator de desempenho é o que resta da produção potencial após influências relevantes do sistema.

Isto deve ser considerado um estimativa de primeira passagem, não é um número de produção exato. Uma fórmula básica não recriará todas as variações horárias na irradiância operacional, temperatura do módulo, sombreamento, funcionamento do equipamento, ou disponibilidade do sistema. Ao estimar a produção de uma instalação comercial ou de utilidade pública, esses fatores se tornam críticos.

Geração anual usando rendimento fotovoltaico específico

Para planejamento anual preliminar, uma abordagem mais específica do local é usar rendimento específico:

Geração anual (kWh/ano) = Capacidade instalada (kWp) × rendimento específico (kWh/kWp/ano)

O rendimento específico mede a quantidade de eletricidade que um sistema fotovoltaico gera por unidade de capacidade de pico instalada. De acordo com o Atlas Solar Global, PVOUT é relatado em kWh/kWp e é caracterizado como a energia produzida por um sistema fotovoltaico por unidade de capacidade de carga de pico instalada..

Este método é útil porque a disponibilidade de recursos solares varia de acordo com o local. O Atlas Solar Global não pressupõe que todos os locais recebam o mesmo recurso solar. Em vez de, leva em consideração os modelos de geração solar e temperatura juntamente com a configuração do sistema fotovoltaico em suas simulações de produção.

Por que um 80% a suposição de eficiência não é universal

Um atalho comum que as pessoas tomam é assumir que um sistema fotovoltaico opera a 80 eficiência percentual e usar esse valor para todos os cálculos. Embora isso possa funcionar como uma ilustração especificamente adaptada, não pode ser apresentado como uma propriedade geral dos sistemas solares.

Para colocar as coisas em perspectiva, Versão PVWatts 5 documentação do NREL pressupõe um 14% suposição padrão de perda total do sistema em seu modelo. A figura considerou várias perdas modeladas, como sujeira, sombreamento, incompatibilidade, fiação, conexões, disponibilidade, classificação da placa de identificação, e outros, que foram combinados em vez de simplesmente adicionados.

Por isso, o fator de desempenho apropriado é baseado em suposições de sistema e modelagem. Use dados específicos do local e suposições documentadas, se disponível, para um sério cálculo de geração de energia.

Como calcular a geração de energia solar passo a passo

Etapa 1: Calcule a capacidade fotovoltaica instalada

A capacidade nominal DC do array é representada por esta figura. Não deve ser confundido com a potência CA do inversor e é diferente da quantidade de energia que o sistema produzirá em um dia ou ano.

Etapa 2: Determine o recurso solar para o local

Próximo, determinar a quantidade de energia solar utilizável disponível no local de instalação. Um número estimado de horas de pico do sol pode fornecer uma visão rápida cálculo de energia solar. Para avaliação preliminar do projeto, O rendimento fotovoltaico específico do local ou dados PVOUT são mais robustos.

A simulação fotovoltaica pode incluir variação temporal máxima da radiação solar e da temperatura para um planejamento abrangente. O Atlas Solar Global emprega radiação solar específica do local e dados de temperatura do ar para simular a produção de eletricidade de sistemas fotovoltaicos. Sua metodologia também leva em consideração a configuração de montagem, temperatura do módulo, conversão de inversor, e as perdas do sistema selecionadas.

Etapa 3: Considere as perdas do sistema

Depois de estabelecer o recurso solar, aplicar um fator de desempenho baseado em condições realistas do sistema. Não escolha uma porcentagem só porque ela é amplamente citada on-line.

As suposições corretas são baseadas na instalação. O desempenho de uma matriz comercial bem orientada, bem ventilado, e fácil de manter será diferente daquele que está sombreado, tem altas temperaturas do módulo, difícil manter o acesso, ou é mais propenso a sujar.

Etapa 4: Calcular a geração diária

Usando o ilustrativo 11 Sistema KW:

11 kW × 4.5 horas de pico do sol × 0.86 = 42.57 kWh/dia

Este é um cálculo ilustrativo apenas. A suposição de 4.5 horas de pico de sol e 0.86 fator de desempenho é usado apenas para demonstrar a fórmula, e não uma reivindicação de produção em qualquer local.

Etapa 5: Estimar a produção mensal e anual

Para uma estimativa aproximada do período, a produção diária pode ser multiplicada pelo número de dias:

Geração do período estimado = Geração diária estimada × Número de dias

No entanto, tomando um dia médio multiplicado por 365 pode mascarar mudanças sazonais nos recursos solares. Uma estimativa melhorada da taxa anual produção de energia solar usa rendimento anual específico do local:

Geração anual = capacidade fotovoltaica (kWp) × rendimento específico anual (kWh/kWp/ano)

Este método é especialmente útil para comparar o rendimento de eletricidade de locais potenciais. O valor do rendimento reflete o recurso solar e as condições de modelagem do local selecionado, em vez de assumir uma geração igual todos os dias.

Quais fatores afetam a geração de energia solar?

O resultado de cálculos de energia solar é fundamentalmente determinado pela quantidade de energia que cai sobre os módulos e pela eficiência com que o sistema converte essa energia em eletricidade utilizável. Os fatores cruciais são:

Irradiação solar varia de acordo com o local, temporada, e clima e, portanto, afeta o potencial de recursos utilizáveis. A orientação e a inclinação determinam até que ponto os módulos podem receber esse recurso. Não existe ângulo de inclinação ou azimute que tenha maximização universal da produção. Um site- ou potencial fotovoltaico baseado em localização é calculado pelo Atlas Solar Global, que emprega dados de radiação solar juntamente com informações de temperatura e configuração do sistema.

O mesmo acontece com as condições de operação do módulo. Quando as células são aquecidas a uma alta temperatura, o desempenho do PV é reduzido. Sombreamento e sujeira limitam a luz solar que atinge os módulos fotovoltaicos. A produção real de painéis solares pode ser afetada por uma série de fatores.

Os outros fatores ocorrem dentro do sistema. A incompatibilidade, fiação, conversão, e o tempo de inatividade dos inversores reduzem a eletricidade entregue. Modelo PVWatts do NREL utiliza categorias de perdas separadas para vários desses efeitos e não utiliza um único valor de eficiência.

A degradação também deve ser incluída nas estimativas de longo prazo. O impacto é lento, o que o torna mais importante na avaliação da produção vitalícia do que a produção de um dia. Esses fatores juntos determinam o mundo real Desempenho do sistema fotovoltaico e explicar as diferenças na produção de dois sistemas com a mesma classificação.

Exemplo trabalhado: O que significa a produção solar estimada?

A amostra com 11 kW na seção 4 fornece uma estimativa indicativa de 42.57 kWh/dia. Uma questão mais importante é o que exatamente esse número lhe diz.

Para começar, 42.57 kWh refere-se a energia e não a potência instantânea. Indica quanta eletricidade seria gerada no dia especificado, dadas as suposições utilizadas. Isso não significa que o sistema fotovoltaico produza 42.57 kW constantemente.

A figura também não mostra quanta eletricidade um edifício irá realmente consumir. A demanda de um local pode às vezes estar acima da respectiva geração fotovoltaica e às vezes abaixo. Portanto, dependendo da configuração e operação do sistema, a energia gerada pode ser consumida, exportado, reduzido, ou armazenado em uma bateria.

Uma estimativa de triagem também será um valor anualizado obtido por um simples cálculo diário. A produção real não será igual todos os dias; durante todo o ano, irradiação solar, clima, temperatura, sombreamento, sujar, e a disponibilidade do sistema variam.

Assumir que uma única produção diária indicativa de kWh/kWp se aplica a todos os meses durante todo o ano é menos forte do que uma produção anual específica do local. Ferramentas como o NREL PVWatts podem estimar a produção mensal e anual com base na localização e nas suposições do sistema.

Essencialmente, as suposições por trás de uma cálculo de geração de energia solar são críticos. O cálculo será tão bom quanto essas suposições.

Contexto do mundo real: Por que a geração fotovoltaica e a capacidade da bateria são diferentes

A geração de energia solar e o armazenamento de baterias referem-se a diferentes partes de um sistema de energia. Com relação à capacidade nominal de geração do array, A capacidade fotovoltaica é indicada em kW ou kWp. A capacidade medida em kW do inversor ou PCS define a capacidade de conversão de energia. Capacidade da bateria medida em kWh refere-se à energia armazenada.

Dados de projetos publicados pela Pretapower fornecem exemplos úteis de terceiros. Um projecto no Togo combina 300 kW de PV com 400 kWh de armazenamento de bateria, enquanto um projecto na Polónia utiliza um 50 inversor kW com 301 kWh de capacidade da bateria para uma aplicação comercial.

Essas configurações não devem ser consideradas padrões de geração. O dimensionamento da bateria é indicativo da carga no local, cronograma operacional, e aplicação. A diretriz de elaboração de projetos emitida pela HBOWA considera a demanda máxima, carga operacional, duração do pico, e tarifas de eletricidade para determinar a potência e capacidade de armazenamento.

Qual método de cálculo de geração solar você deve usar?

O apropriado cálculo de geração de energia solar depende de quanta precisão você precisa.

Uma fórmula mais simples é suficiente para uma verificação de usabilidade por alguns instantes. O rendimento específico do local ou a simulação detalhada são mais adequados para decisões de investimento, Design do sistema, ou cálculos de usina solar.

O NREL PVWatts permite ao usuário estimar a geração de eletricidade a partir de sistemas fotovoltaicos conectados à rede com suposições configuráveis ​​de perda do sistema. Empresas como HBOWA e Global Solar Atlas fornecem informações sobre PVOUT no local de interesse e uma abordagem de modelagem fotovoltaica que leva em consideração o recurso solar e as características do sistema.

Para responder a projetos cada vez maiores, os engenheiros podem, portanto, passar de uma estimativa simples para uma modelagem detalhada de potencial solar para um edifício, aproveitando o site real, configuração do sistema, e condições de operação.

Erros comuns de cálculo de energia solar

Cálculos de energia solar pode ser enganoso se for impreciso. Inicialmente, a duração da luz do dia não é equivalente à duração do pico do sol. Além disso, kW representa a capacidade de potência, e kWh representa a produção de energia. Um não pode ser usado no lugar do outro.

Um erro mais comum é aplicar um fator de desempenho de 80% para todas as instalações. O projeto do sistema e as condições operacionais afetam as perdas. Como exemplo, O modelo PVWatts do NREL utiliza suposições separadas para sujeira, sombreamento, incompatibilidade, fiação, disponibilidade, e outras perdas, em vez de tratá-las como uma taxa de eficiência universal.

Saída do painel solar também é apenas uma parte da eficiência do módulo. O sistema completo pode fornecer menos energia devido à temperatura, sombreamento, sujar, ou perdas elétricas.

Finalmente, o produto de um resultado médio diário e 365 deve ser visto como uma estimativa e não uma previsão para o ano. A energia solar varia sazonalmente entre regiões.

Como os inversores e o armazenamento de energia afetam o cenário energético final

Em uma instalação típica de energia solar, o caminho da energia é simples: Painéis solares –> Eletricidade CC –> inversor –> Cargas CA ou rede. Quando o armazenamento está presente, o excesso de eletricidade tem outro caminho: excesso solar → bateria → descarga posterior → cargas.

Um inversor com classificação de kW pode converter a quantidade especificada de potência. A capacidade da bateria é medida em kWh, indicando o armazenamento de energia. O arranjo fotovoltaico não é afetado, como a quantidade de luz solar não mudou.

Neste cenário, a bateria pode se mover, mas não pode criar nenhuma geração solar adicional a partir da eletricidade usada. Ao comparar a capacidade fotovoltaica, tamanho do inversor, e sistema de armazenamento de energia capacidade, esta distinção é importante.

Consulte HBOWA para painéis solares, Sistema de energia solaré, e sistema de armazenamento de energia seleção de equipamentos.

Conclusão

Uma maneira confiável de estimar geração de energia solar é obter dados da capacidade fotovoltaica e do recurso solar do local, e calcular quão bem se pode esperar o desempenho do sistema. Maneiras fáceis de fazer um cálculo inicial ajudam muito. A melhor maneira de aproximar valores específicos a serem usados ​​no planejamento ou na tomada de decisões de investimento depende da precisão dos dados, detalhes, e modelagem.