Почасовой баланс батареи: считаем по графику нагрузки и выработки, хватит ли ёмкости до утра
Хватит ли батареи до утра, нельзя понять по суткам целиком: один и тот же дневной баланс «выработка больше потребления» может заканчиваться пустой батареей в десять вечера. Нужна таблица на 24 часа, где по каждому часу записаны потребление, выработка панелей, заряд и разряд батареи и уровень заряда SOC. Такую таблицу за полчаса собирают в Excel или Google Таблицах. В уроке мы построим её для условного дома со станцией 8 кВт и батареей 10,24 кВт·ч, сравним июньский и октябрьский день и найдём час, когда батарея пустеет и сеть начинает докупать энергию.
В уроке «Резерв на сутки» мы считали суммы за день: сколько киловатт-часов нужно прожить без сети. Здесь другая задача: профиль внутри суток. Он показывает, когда именно не хватает, и что можно с этим сделать без покупки дополнительной батареи.
Что нужно знать до начала
Для таблицы нужны четыре набора данных. Первый — профиль потребления по часам. Лучший источник — реальные данные счётчика или самого инвертора за неделю. Если их нет, берут условный профиль: утренний подъём, дневная низкая нагрузка, вечерний пик с 18 до 22 часов, ночной минимум. Второй — выработка панелей по часам. Третий — параметры батареи: ёмкость, рабочая глубина разряда, КПД цикла. Четвёртый — начальный уровень заряда на полночь.
Условия нашего примера (все числа условные и взяты для демонстрации метода):
- станция 8 кВт панелей, батарея 2 × 5,12 = 10,24 кВт·ч;
- рабочая глубина разряда 90 %, то есть доступно 10,24 × 0,9 ≈ 9,2 кВт·ч;
- КПД цикла 93 % (диапазон по паспорту LiFePO4 — 90–95 %), мы относим потери на заряд;
- потребление за сутки 20,4 кВт·ч, ночью 0,4 кВт·ч в час, вечерний пик 18–22 часа до 2,2 кВт·ч в час;
- энергию в сеть дом не отдаёт, избыток выработки просто не используется.
Потребление в 20,4 кВт·ч в сутки — это скорее зажиточный дом с электрокухней и бытовой техникой, а не минимальный. Если у вас иначе, подставьте свои числа: метод от этого не меняется.
Выработка по часам: простой колокол
Суточную выработку берём из месячных значений для Минска: июнь 134,3 кВт·ч с 1 кВт, октябрь 62,8 кВт·ч с 1 кВт. Делим на число дней:
июнь: 134,3 ÷ 30 ≈ 4,48 кВт·ч с 1 кВт в день; на 8 кВт это 4,48 × 8 ≈ 35,8 кВт·ч;
октябрь: 62,8 ÷ 30 ≈ 2,09 кВт·ч с 1 кВт; на 8 кВт это около 16,7 кВт·ч.
Дальше эту энергию нужно разложить по часам. Мы используем простейшую форму — синусоидальный колокол: в июне свет с 5 до 21 часа, в октябре с 7 до 17 часов, часы внутри окна получают долю пропорционально синусу. Это сознательное упрощение: реальная кривая зависит от облачности, ориентации панелей и тени, а в один и тот же день облако способно срезать половину выработки. Но для оценки того, как работает ёмкость, колокола достаточно. Если есть реальные данные инвертора, замените ими расчётный столбец.
Правила пересчёта одного часа
Формулы одинаковы для каждого часа, поэтому их легко вписать в таблицу. В начале каждого часа берём уровень заряда в кВт·ч, а в конце получаем новый. Словами:
- Разность: сальдо = выработка − нагрузка.
- Если сальдо больше нуля, избыток идёт в заряд. В батарею попадает заряд × 0,93, но не больше свободного места до 100 %. Остаток, который не поместился, — потерянная выработка.
- Если сальдо меньше нуля, дефицит берётся из батареи, пока там есть запас выше нижней границы. Недостающее докупается из сети.
- Формула уровня: SOC(t) = SOC(t − 1) + заряд × η − разряд, где η = 0,93; в процентах поделите на доступные 9,2 кВт·ч.
В Excel это пишут одной строкой на час: в колонку «Сальдо» кладут выработку минус нагрузку, в «Заряд» — МАКС(сальдо; 0) с ограничением по свободному месту, в «Разряд» — МАКС(−сальдо; 0) с ограничением по накопленному, в «Сеть» — то, что осталось непокрытым. Начальный SOC на полночь подбирают так, чтобы в конце суток он совпадал с начальным (циклическое условие): на практике достаточно прогнать таблицу два-три раза.
Июньский день
Столбцы: выработка, нагрузка, заряд (из избытка панелей), разряд, покупка из сети — всё в кВт·ч за час; «излишек» — выработка, которую некуда деть; SOC на конец часа в процентах от доступной ёмкости.
| Час | Выработка | Нагрузка | Заряд | Разряд | Сеть | Излишек | SOC, % |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 00 | 0,00 | 0,40 | 0,00 | 0,40 | 0,00 | 0,00 | 31 |
| 01 | 0,00 | 0,40 | 0,00 | 0,40 | 0,00 | 0,00 | 26 |
| 02 | 0,00 | 0,40 | 0,00 | 0,40 | 0,00 | 0,00 | 22 |
| 03 | 0,00 | 0,40 | 0,00 | 0,40 | 0,00 | 0,00 | 18 |
| 04 | 0,00 | 0,40 | 0,00 | 0,40 | 0,00 | 0,00 | 13 |
| 05 | 0,34 | 0,50 | 0,00 | 0,16 | 0,00 | 0,00 | 12 |
| 06 | 1,02 | 0,80 | 0,22 | 0,00 | 0,00 | 0,00 | 14 |
| 07 | 1,65 | 1,20 | 0,45 | 0,00 | 0,00 | 0,00 | 18 |
| 08 | 2,23 | 0,90 | 1,33 | 0,00 | 0,00 | 0,00 | 32 |
| 09 | 2,71 | 0,60 | 2,11 | 0,00 | 0,00 | 0,00 | 53 |
| 10 | 3,10 | 0,50 | 2,60 | 0,00 | 0,00 | 0,00 | 79 |
| 11 | 3,36 | 0,50 | 2,04 | 0,00 | 0,00 | 0,82 | 100 |
| 12 | 3,49 | 0,80 | 0,00 | 0,00 | 0,00 | 2,69 | 100 |
| 13 | 3,49 | 0,70 | 0,00 | 0,00 | 0,00 | 2,79 | 100 |
| 14 | 3,36 | 0,50 | 0,00 | 0,00 | 0,00 | 2,86 | 100 |
| 15 | 3,10 | 0,50 | 0,00 | 0,00 | 0,00 | 2,60 | 100 |
| 16 | 2,71 | 0,70 | 0,00 | 0,00 | 0,00 | 2,01 | 100 |
| 17 | 2,23 | 1,20 | 0,00 | 0,00 | 0,00 | 1,03 | 100 |
| 18 | 1,65 | 1,80 | 0,00 | 0,15 | 0,00 | 0,00 | 98 |
| 19 | 1,02 | 2,20 | 0,00 | 1,18 | 0,00 | 0,00 | 86 |
| 20 | 0,34 | 2,00 | 0,00 | 1,66 | 0,00 | 0,00 | 68 |
| 21 | 0,00 | 1,60 | 0,00 | 1,60 | 0,00 | 0,00 | 50 |
| 22 | 0,00 | 0,90 | 0,00 | 0,90 | 0,00 | 0,00 | 41 |
| 23 | 0,00 | 0,50 | 0,00 | 0,50 | 0,00 | 0,00 | 35 |
Итоги июня: выработка 35,8 кВт·ч, из них 8,75 кВт·ч ушло в батарею (в запас попало 8,75 × 0,93 ≈ 8,14 кВт·ч), напрямую домом использовано около 12,3 кВт·ч, а почти 14,8 кВт·ч выработки оказались лишними — дом их не берёт, продать некому. Батарея за ночь не опустела: минимальный уровень в 5 утра — около 12 %. Сеть не нужна ни часа.
Вывод: в июне ёмкости 10,24 кВт·ч с запасом хватает, а ночной разряд занимает всего 8,1 кВт·ч. Более того, при такой выработке батарея больше нужна не по ёмкости, а по мощности вечернего пика: 2,2 кВт·ч в час батарея даёт спокойно. Лишние почти 15 кВт·ч в сутки — повод подумать, какие нагрузки можно включать днём: бойлер, насос полива, зарядку электромобиля.
Октябрьский день
| Час | Выработка | Нагрузка | Заряд | Разряд | Сеть | SOC, % |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 00–04 | 0,00 | 0,40 | 0,00 | 0,00 | 0,40 в каждый час | 0 |
| 05 | 0,00 | 0,50 | 0,00 | 0,00 | 0,50 | 0 |
| 06 | 0,00 | 0,80 | 0,00 | 0,00 | 0,80 | 0 |
| 07 | 0,41 | 1,20 | 0,00 | 0,00 | 0,79 | 0 |
| 08 | 1,19 | 0,90 | 0,29 | 0,00 | 0,00 | 3 |
| 09 | 1,85 | 0,60 | 1,25 | 0,00 | 0,00 | 16 |
| 10 | 2,33 | 0,50 | 1,83 | 0,00 | 0,00 | 34 |
| 11 | 2,59 | 0,50 | 2,09 | 0,00 | 0,00 | 55 |
| 12 | 2,59 | 0,80 | 1,79 | 0,00 | 0,00 | 73 |
| 13 | 2,33 | 0,70 | 1,63 | 0,00 | 0,00 | 90 |
| 14 | 1,85 | 0,50 | 1,02 | 0,00 | 0,00 | 100 |
| 15 | 1,19 | 0,50 | 0,00 | 0,00 | 0,00 | 100 |
| 16 | 0,41 | 0,70 | 0,00 | 0,29 | 0,00 | 97 |
| 17 | 0,00 | 1,20 | 0,00 | 1,20 | 0,00 | 84 |
| 18 | 0,00 | 1,80 | 0,00 | 1,80 | 0,00 | 64 |
| 19 | 0,00 | 2,20 | 0,00 | 2,20 | 0,00 | 40 |
| 20 | 0,00 | 2,00 | 0,00 | 2,00 | 0,00 | 19 |
| 21 | 0,00 | 1,60 | 0,00 | 1,60 | 0,00 | 1 |
| 22 | 0,00 | 0,90 | 0,00 | 0,13 | 0,77 | 0 |
| 23 | 0,00 | 0,50 | 0,00 | 0,00 | 0,50 | 0 |
Итоги октября: выработка 16,7 кВт·ч, в батарею ушло 9,9 кВт·ч (запас 9,2 кВт·ч, то есть вся доступная ёмкость), из сети дом купил 5,36 кВт·ч. Батарея наполняется к 14 часам, держит весь вечерний пик с 17 до 22 и опустошается в 22 часа. Это и есть искомый час: в 22:00 сеть начинает докупать, и ночные 0,4–0,8 кВт·ч в час, а также утренний пик до рассвета идут из сети.
Вывод: в октябре ёмкости 10,24 кВт·ч хватает на вечер, но не хватает на ночь. Важно, почему не стоит просто добавить вторую батарею: из 16,7 кВт·ч выработки 5,8 кВт·ч съедает дневная нагрузка напрямую, 9,9 кВт·ч уходит в заряд, и лишь около 1,0 кВт·ч остаётся неиспользованным. Вторую батарею осенью заряжать нечем, она набиралась бы из сети, то есть превратилась бы в арбитраж по тарифу, а не в хранение солнца. Прежде чем думать о ёмкости, стоит передвинуть часть нагрузки на день.
Сдвиг нагрузки: что даёт перенос двух киловатт-часов
Проверим простой приём. Перенесём стиральную машину и посудомойку с вечера на полдень: уберём по 1,0 кВт·ч из 19 и 20 часа и добавим по 1,0 кВт·ч в 11 и 12 часов, когда панели дают 2,6 кВт·ч в час. Суточное потребление не изменилось, но результат другой: из сети за сутки дом покупает 4,28 кВт·ч вместо 5,36, то есть на 1,08 кВт·ч меньше. Батарея доживает до 23 часов вместо 22, а вечерний пик 17–22 часов на 2,0 кВт·ч легче. Никаких вложений, только расписание. Если у техники есть таймер отложенного старта, настройка делается один раз.
Связь с дифференцированным тарифом
Для домов с электроплитами действует дифференцированный тариф: 0,5162 руб./кВт·ч в пик 17:00–22:00 и 0,1807 в остальное время, а в выходные и праздники круглые сутки — минимальная ставка. Вечерний пик в нашем профиле — 8,8 кВт·ч (1,2 + 1,8 + 2,2 + 2,0 + 1,6 — часы с 17 до 21 включительно). Если этот пик покрыт батареей, то стоимость покрытой энергии по пиковому тарифу равна:
8,8 кВт·ч × 0,5162 руб. ≈ 4,54 руб. в сутки.
За месяц с 30 такими днями это порядка 136 рублей. Цифра скромная, и честно сказать, что сама по себе она окупаемость батареи не решит. Но она показывает, зачем нужен баланс по часам: батарея, которая в 17 часов полна и держит весь пик, экономит именно по самой дорогой ставке. Если батарея к вечеру не заряжена, то же самое потребление придётся купить по 0,5162. Для домов с газом тариф ниже, 0,3037 руб./кВт·ч, и та же задача даёт меньший ценник; о том, как выигрывать на разнице дневных и ночных ставок, читайте в материале «Тариф день/ночь: арбитраж аккумулятором». Для самостоятельных расчётов используйте калькулятор накопителя.
Типичные ошибки
- Считать только суточные суммы: 16,7 кВт·ч выработки и 20,4 потребления выглядят «почти хватает», а таблица показывает пустую батарею в 22:00 и покупку 5,4 кВт·ч.
- Брать полную ёмкость вместо доступной: из 10,24 кВт·ч работает 9,2 кВт·ч.
- Не учитывать КПД цикла: на заряд уходит больше, чем возвращается при разряде.
- Опираться на ясный день: расчёт по среднемесячной выработке даёт ориентир, а в облачный день всё хуже, и запас нужен.
- Не проверять начальный SOC: таблица должна замкнуться, конец суток равен началу.
- Предполагать, что избыток выработки продастся: частное лицо в Беларуси излишки в сеть не продаёт, лишнее просто не используется.
- Забыть про пусковые токи и мощность батареи: часовая сумма скрывает пиковую мощность, а её нужно проверять отдельно.
Частые вопросы
Какой шаг брать для расчёта: час или 15 минут?
Для оценки ёмкости достаточно часа. Если нужно проверить пиковую мощность или работу в облачный день, берите шаг в 15 минут по данным инвертора.
Что делать, если реальных данных потребления нет?
Снимите показания счётчика утром и вечером хотя бы неделю или попросите профиль у электрика. Пока данных нет, используйте условный профиль и помните, что результат ориентировочный.
Можно ли строить такую таблицу на зиму?
Можно: декабрь — 19,1 кВт·ч с 1 кВт в месяц, это около 0,6 кВт·ч в день с 1 кВт, и на 8 кВт выходит всего порядка 5 кВт·ч. Батарея в декабре заряжается в основном от сети, и таблица показывает, сколько ёмкости задействуется ночью и в пик.
Как понять, нужна ли вторая батарея?
Посмотрите, в какой час батарея пустеет в самый тяжёлый по выработке сезон, и сколько энергии сеть докупает после этого. Если можно сдвинуть нагрузки, начните с этого, и только потом считайте добавление ёмкости.
Урок модуля «Аккумуляторы и накопители». Как выбрать место под батарею и инвертор в доме, разбираем в уроке о помещении для домашнего накопителя.