Сколько солнечных панелей нужно для ТЭНа: расчёт по мощности
На форуме человек спрашивает прямо: «Хочу запитать ТЭН на 2 кВт напрямую от панелей, сколько штук брать?». Ему отвечают «пять по 400 Вт, 5×400=2000, готово». И это первая ловушка: панель на 400 Вт почти никогда не выдаёт 400 Вт.
Почему 400 Вт с панели - это не 400 Вт
Цифра на наклейке получена в лаборатории при так называемых стандартных условиях: освещённость 1000 Вт/м², температура ячейки 25 °C, спектр как в идеальный полдень. На крыше таких условий почти не бывает. Свет падает под углом, а не строго перпендикулярно. Проходит облако, и мощность просаживается в разы за секунды. Панель нагревается на солнце до 50–60 °C, и кремний теряет отдачу: чем горячее ячейка, тем ниже напряжение. Плюс пыль и разводы на стекле снимают ещё несколько процентов.
В сумме в пик ясного дня рабочая отдача панели 400 Вт держится в районе 60–80 % номинала, то есть 240–320 Вт. Усреднённо за сутки цифра ещё ниже: утро и вечер солнце низко, свет слабый. Поэтому считать массив по одной табличке на панели значит переоценить его в полтора-два раза.
Прямой расчёт: ТЭН 2 кВт от панелей в полдень
Возьмём вопрос из форума буквально. ТЭН на 2 кВт, питание напрямую от массива в полдень ясного дня. Одну панель считаем как реальные 320 Вт в пик:
Но это цифра только для узкого окна вокруг полудня в безоблачную погоду. Утром, вечером и в облачность массив выдаёт меньше, и ТЭН просто не выйдет на 2 кВт.
С запасом на устойчивую работу. Чтобы нагреватель тянул мощность не только в пик, массив закладывают с коэффициентом 1,3–1,5. То есть 6–7 панелей превращаются в 8–10 штук. Тогда ТЭН держит мощность заметную часть светового дня, а не пять минут в полдень.
Отсюда таблица-ориентир по мощности ТЭН. Число панелей дано для пикового полудня, реальный массив под устойчивую работу берут в 1,3–1,5 раза больше.
| Мощность ТЭН | Панелей 400 Вт в пик | С запасом 1,4x |
|---|---|---|
| 0,5 кВт | 2 панели | 3 панели |
| 1 кВт | 3–4 панели | 5 панелей |
| 1,5 кВт | 5 панелей | 7 панелей |
| 2 кВт | 6–7 панелей | 8–10 панелей |
| 3 кВт | 9–10 панелей | 13–14 панелей |
Ещё раз: столбец «в пик» - это ориентир для узкого окна ясного полудня. Он показывает нижнюю границу, а не рабочий массив.
Считать надо по суточной энергии, а не по наклейке
Число панелей в пик отвечает на вопрос «выйдет ли ТЭН на мощность прямо сейчас». Но чаще важнее другое: сколько нагреватель проработает за день. Здесь в дело вступает инсоляция - сколько энергии солнце приносит на квадратный метр за сутки.
По России инсоляция в среднем 3–4,5 кВт·ч/м² в сутки. Юг (Кубань, Астрахань, Крым) ближе к верхней границе, север и средняя полоса зимой заметно ниже. Панель площадью около 2 м² с КПД примерно 20 % за солнечный летний день собирает грубо 1,5–2 кВт·ч энергии. Отсюда и планируют, сколько часов ТЭН будет греть.
Вывод простой: под непрерывный нагрев считают именно по суточной энергии и региону. Пиковый расчёт годится только для оценки, выйдет ли ТЭН на мощность в лучший момент дня.
Прямое питание без MPPT: согласование сопротивления
Если ТЭН цепляют к панелям напрямую, без контроллера, вылезает неочевидная вещь. Массив отдаёт максимум мощности в своей рабочей точке (MPP) - при определённом напряжении и токе. ТЭН это чистое сопротивление, и он «садится» на массив там, где его вольт-амперная характеристика пересекается с характеристикой панелей. Если сопротивление ТЭН не совпало с рабочей точкой массива, нагреватель не выйдет на расчётную мощность: массив либо недогружен, либо просажен по напряжению.
Поэтому при прямом питании сопротивление ТЭН подбирают под MPP массива, а не «под 12 В» абстрактно. С MPPT-контроллером задача снимается: он сам держит массив в рабочей точке и отдаёт мощность на любую нагрузку. Требование к точному сопротивлению исчезает, а отдача массива в облачную погоду поднимается.
Система с аккумулятором: считают по запасённой энергии
Когда в схеме стоит батарея, число панелей и ёмкость АКБ считают вместе. Ёмкость аккумулятора в киловатт-часах - это напряжение, умноженное на ёмкость в ампер-часах. И тут многих ждёт разочарование.
ТЭН на 2 кВт: 1240 Вт·ч / 2000 Вт ≈ 0,62 часа. То есть меньше 40 минут работы, и это при полном разряде, что для ресурса батареи вредно.
Чтобы ТЭН 2 кВт работал от батарей хотя бы пару часов вечером, нужен банк на 5–6 кВт·ч, а это уже несколько последовательно-параллельно собранных аккумуляторов. Поэтому под мощный нагрев автономку либо усиливают батареями, либо переносят основную работу ТЭН на светлое время, когда его питает сам массив.
Совместимость с солнечным оборудованием
ТЭН изготавливаем под напряжение вашей системы: 12, 24 или 48 В. Это стандартные напряжения автономных сборок, поэтому нагреватель согласуется по питанию с массивом панелей и контроллером любого производителя. Сопротивление подбираем под напряжение аккумуляторной шины или под рабочую точку массива при прямом питании.
Наш низковольтный ТЭН ставят в системы на распространённом оборудовании:
- контроллеры MPPT и PWM: EPEVER (EPSolar), Victron, SRNE, MUST;
- инверторы: Victron, MUST, СибВольт, Delta;
- солнечные панели: Delta, Sunways, ФСМ, One-Sun;
- аккумуляторы 12/24/48 В: Delta, Ventura, LiFePO4.
Что мы делаем под солнечную систему
Под автономный нагрев мы изготавливаем низковольтные ТЭН на 12, 24 и 48 В мощностью 0,5–1,0 кВт по вашему чертежу. Если нужна мощность около 2 кВт, ставят блок из нескольких таких ТЭН - это удобнее по току и по кабелю, чем один мощный элемент на низком напряжении. Материал оболочки зависит от среды: для воды берём нержавейку AISI 321, для сухого нагрева воздуха - сталь 10. Минимальный заказ 1 штука, срок 7–14 рабочих дней.
- Мощность массива панелей: сколько штук и по сколько ватт.
- Напряжение системы: 12, 24 или 48 В.
- Есть ли MPPT-контроллер или планируется прямое питание.
- Ёмкость аккумулятора: напряжение и А·ч.
- Что греем: вода или воздух (от этого материал оболочки).
- Посадочное место: фланец, резьба, штуцер, доступная длина.
По этим данным подберём сопротивление и мощность так, чтобы ТЭН согласовался с вашим массивом и вышел на режим, а не «висел» недогруженным.
FAQ
Сколько панелей по 400 Вт нужно для ТЭН 2 кВт?
В пик ясного полудня ориентировочно 6–7 панелей по 400 Вт, потому что реальная отдача панели около 320 Вт, а не 400. Для устойчивой работы в течение дня массив закладывают с запасом 1,3–1,5x, то есть 8–10 панелей.
Почему панель 400 Вт не выдаёт 400 Вт?
Номинал измерен в лаборатории при 1000 Вт/м² и 25 °C. На крыше свет падает под углом, панель греется до 50–60 °C и теряет отдачу, мешают облака и пыль. В реальный пик выходит 60–80 % номинала, то есть 240–320 Вт, а усреднённо за сутки ещё меньше.
Как считать число панелей: по мощности или по энергии?
По пиковой мощности считают, выйдет ли ТЭН на режим в лучший момент дня. Но сколько нагреватель проработает за сутки, определяет инсоляция: по РФ это 3–4,5 кВт·ч/м² в сутки. Под непрерывный нагрев считают именно по суточной энергии и региону.
Можно ли питать ТЭН напрямую от панелей без контроллера?
Можно, но сопротивление ТЭН нужно согласовать с рабочей точкой массива (MPP), иначе нагреватель не выйдет на мощность. С MPPT-контроллером это требование снимается: он сам держит массив в рабочей точке и отдаёт мощность на любую нагрузку.
Сколько ТЭН проработает от аккумулятора?
Считают по запасённой энергии. Батарея 12,4 В × 100 А·ч = 1,24 кВт·ч. ТЭН на 2 кВт разрядит её меньше чем за час. Чтобы работать пару часов от батарей, нужен банк на 5–6 кВт·ч, поэтому мощный нагрев чаще переносят на светлое время дня.
Какой ТЭН вы делаете под солнечную систему?
Низковольтные ТЭН на 12, 24 или 48 В мощностью 0,5–1,0 кВт по чертежу. Под мощность около 2 кВт ставят блок из нескольких ТЭН. Для воды оболочка из нержавейки AISI 321, для сухого нагрева воздуха - сталь 10. Заказ от 1 штуки, срок 7–14 рабочих дней.
Пришлите мощность массива, напряжение системы и что греете. Подберём сопротивление и мощность, изготовим низковольтный ТЭН на 12/24/48 В под ваш чертёж.
Оставить заявку на расчёт
Оставить заявку
Перезвоним или напишем в WhatsApp в течение 15 минут. Изготовим ТЭН по чертежу, фото маркировки или образцу от 1 штуки. Отгрузка по всей России и в Казахстан.