Ako vypočítať vhodnú konfiguráciu pre váš malý systém mimo siete?

Premýšľali ste niekedy o použití vlastného solárneho systému v horskej chate, rybárskej lodi alebo karavane, aby ste sa zbavili závislosti od verejnej siete?

V skutočnosti to nie je niečo, čo dokážu len inžinieri. Pokiaľ zvládnete niekoľko kľúčových krokov a vzorcov, môžete vypočítať vhodnú konfiguráciu pre váš vlastný malý fotovoltaický systém mimo siete.

Autonomný solárny systém označuje nezávislý systém, ktorý sa nespolieha na verejnú sieť, ale na pokrytie svojich potrieb elektriny sa úplne spolieha na výrobu fotovoltaickej energie a jej skladovanie v batériách. Je ideálny na použitie v odľahlých horských oblastiach, na ostrovoch, v pastvinách, v obytných autách, rybárskych lodiach a na iných miestach s nestabilnou elektrickou energiou zo siete.

Nižšie vás prevedieme štyrmi krokmi výpočtu požadovanej konfigurácie.

Krok 1: Určenie výkonu fotovoltaického modulu

Výkon fotovoltaických panelov (solárnych panelov) určuje, koľko elektriny dokáže váš systém vygenerovať.

Základný prístup k výpočtu je: najprv určiť dennú spotrebu elektriny a potom ju skombinovať s miestnymi klimatickými podmienkami (najmä s dobou slnečného svitu) na určenie celkového výkonu fotovoltaických panelov.

Vzorec:

Výkon modulu = (Denná spotreba elektriny × Faktor prebytku počas nepretržitej oblačnosti) ÷ (Priemerný lokálny počet hodín slnečného svitu × Účinnosť systému)

* Denná spotreba elektriny: Túto spotrebu možno vypočítať súčtom menovitého výkonu všetkých zariadení vynásobeným dobou ich používania.

Napríklad LED svetlá 10W × 5 hodín = 50Wh, chladnička 60W × 24 hodín = 1440Wh.

* Faktor prebytku počas nepretržitej oblačnosti: Aby sa zohľadnila nedostatočná výroba energie počas po sebe nasledujúcich oblačných dní, tento faktor sa zvyčajne nastavuje medzi 1.1 a 1.3.

* Priemerný počet hodín slnečného svitu v danom mieste: Tento údaj možno získať z miestnych meteorologických údajov. Napríklad Peking má v priemere približne 4 hodiny slnečného svitu denne, zatiaľ čo Hainan môže mať viac ako 5 hodín.

* Účinnosť systému: Zohľadňuje straty v kábloch, účinnosť regulátora, straty v meniči atď. a vo všeobecnosti sa nastavuje medzi 0.75 a 0.8.

Napríklad:

Za predpokladu, že vaša denná spotreba elektriny je 3,000 4.5 Wh, priemerný denný počet hodín slnečného svitu v danom regióne je 0.78 hodiny, účinnosť systému je 1.2 a koeficient nepretržitých daždivých dní je XNUMX:

Výkon modulu = (3,000 1.2 × 4.5) ÷ (0.78 × 1,026) ≈ XNUMX XNUMX W

To znamená, že je potrebné nainštalovať fotovoltaické panely s celkovým výkonom približne 1 kW, napríklad štyri 250 W moduly.

Krok 2: Určenie výkonu meniča mimo siete

Menič premieňa jednosmerný prúd (DC) z fotovoltaických panelov alebo batérií na striedavý prúd (AC) pre použitie v bežných domácich spotrebičoch.

Jeho výkon musí byť dostatočný na pokrytie maximálneho okamžitého dopytu po energii, najmä vzhľadom na zapínací prúd indukčných záťaží (zariadení poháňaných motorom).

Vzorec:

Výkon meniča = (Celkový výkon odporovej záťaže + Celkový výkon indukčnej záťaže × 5) × Faktor rezervy ÷ Účinník

* Odporové záťaže: Odporové zariadenia, ako sú žiarovky, elektrické kanvice a rúry.

* Indukčné záťaže: Zariadenia s motormi alebo kompresormi, ako sú chladničky, vodné čerpadlá, klimatizácie atď. Okamžitý výkon počas spustenia môže byť 5 – 7-násobok menovitého výkonu.

* Bezpečnostný faktor: Zvyčajne sa nastavuje na 1.2 – 1.5, aby sa zabezpečila rezerva.

* Účinník: Typicky nastavený na 0.8 – 0.9.

Príklad:

Za predpokladu, že máte 200W svietidlo (odporová záťaž), 100W chladničku (indukčná záťaž), faktor rezervy 1.3 a účinník 0.85:

Výkon meniča = (200 + 100 × 5) × 1.3 ÷ 0.85

≈ (200 + 500) × 1.3 ÷ 0.85

≈ 700 × 1.3 ÷ 0.85

≈ 1070 W

Budete potrebovať menič s minimálnym výkonom 1.1 kW a pre väčšiu stabilitu sa odporúča zvoliť model s výkonom 1.5 kW.

Krok 3: Určenie kapacity batérie

Batéria je „úložiskom energie“ systému bez pripojenia k sieti a elektrina používaná v noci alebo v zamračených dňoch pochádza predovšetkým z nej. Kapacita závisí od počtu dní, počas ktorých potrebujete nepretržité napájanie, a od dennej spotreby elektriny.

Vzorec:

Kapacita batérie (Ah) = (Denná spotreba elektriny × Počet dní napájania počas zamračených dní) ÷ (Hĺbka vybitia × Účinnosť nabíjania/vybíjania × Napätie batérie)

* Hĺbka vybitia (DOD): Pre olovené batérie sa odporúča DOD 0.5 – 0.6; pre lítiové batérie je prijateľná DOD 0.8 – 0.9.

* Účinnosť nabíjania/vybíjania: Typicky nastavená na 0.85 – 0.9.

* Napätie batériového bloku: Bežné napätia zahŕňajú 12 V, 24 V a 48 V; vyššie napätia sa odporúčajú pre vyššie požiadavky na výkon.

Príklad:

Za predpokladu, že denne spotrebujete 3000 Wh a chcete mať energiu na 2 dni v oblačnom počasí, pri použití 48V lítiovej batérie (DOD = 0.9, účinnosť = 0.9):

Kapacita batérie = (3000 × 2) ÷ (0.9 × 0.9 × 48)

≈ 6000 ÷ 38.88

≈ 154 Ah

Potrebovali by ste batériu s napätím 48 V a kapacitou 154 Ah (približne 7.4 kWh).

Krok 4: Určenie špecifikácií ovládača

Fotovoltaický regulátor reguluje proces nabíjania z fotovoltaických modulov do batérie.

Jeho špecifikácie závisia predovšetkým od maximálneho vstupného prúdu, vypočítaného pomocou nasledujúceho vzorca:

Vzorec:

Vstupný prúd regulátora = Maximálny výkon fotovoltaických modulov ÷ Napätie batériového bloku

Napríklad, ak vaše fotovoltaické panely majú celkový výkon 1000 W a napätie batériového bloku je 48 V:

Vstupný prúd regulátora = 1000 ÷ 48 ≈ 20.8 A

Preto je potrebné vybrať regulátor so vstupným prúdom väčším ako 21 A, zvyčajne typu MPPT (vyššia účinnosť, výhodnejšie v zamračených dňoch).

Praktické tipy

1. Počítajte s rezervou: Životnosť a prevádzková stabilita zariadenia závisia od vhodného návrhu redundancie; nestanovujte parametre príliš rigidne.
2. MPPT je lepší ako PWM: Hoci sú MPPT regulátory o niečo drahšie, ponúkajú vyššiu účinnosť výroby energie, najmä za nestabilných svetelných podmienok.
3. Uprednostňujte lítium-iónové batérie: Sú kompaktné, ľahké a schopné hlbokého vybitia, čo ponúka dlhodobé úspory nákladov.
4. Plánujte budúce rozšírenie: Ak v budúcnosti plánujete pridať ďalšie spotrebiče, zabezpečte dostatočnú kapacitu rozhrania pre fotovoltaický systém aj batérie.

Jadro návrhu malého fotovoltaického systému nezávislého od siete spočíva v presnom výpočte konfigurácie na základe skutočných potrieb, a nie v jednoduchom „kúpení niekoľkých panelov a batérií“ a ukončení práce.

Zvládnite tieto 4 vzorce:

1. Vzorec pre výkon fotovoltického modulu
2. Vzorec pre výkon meniča
3. Vzorec pre kapacitu batérie
4. Vzorec pre vstupný prúd regulátora

Potom môžete vypočítať konfiguráciu pre malý systém mimo siete, ktorá je dostatočná aj stabilná.

Pri prvom navrhovaní môžete na základe výsledkov vzorca pridať dodatočnú rezervu 10 % – 20 %, čo umožňuje väčšiu flexibilitu pri zvládaní zmien počasia a rozširovaní zariadení.