Kako izračunati odgovarajuću konfiguraciju za vlastiti mali sustav izvan mreže?

Jeste li ikada razmišljali o korištenju vlastitog solarnog sustava u planinskoj kolibi, ribarskom brodu ili kamperu kako biste se oslobodili ovisnosti o javnoj mreži?

Zapravo, ovo nije nešto što samo inženjeri mogu postići. Sve dok savladate nekoliko ključnih koraka i formula, možete izračunati odgovarajuću konfiguraciju za vlastiti mali fotonaponski sustav izvan mreže.

Solarni sustav izvan mreže odnosi se na neovisni sustav koji se ne oslanja na javnu mrežu, već se u potpunosti oslanja na fotonaponsku proizvodnju energije i pohranu energije u baterijama kako bi zadovoljio potrebe za električnom energijom. Idealan je za korištenje u udaljenim planinskim područjima, otocima, pastoralnim regijama, kamperima, ribarskim brodovima i drugim lokacijama s nestabilnom električnom energijom iz mreže.

U nastavku ćemo vas voditi kroz četiri koraka za izračun potrebne konfiguracije.

Korak 1: Određivanje snage fotonaponskog modula

Snaga fotonaponskih panela (solarnih panela) određuje koliko električne energije vaš sustav može generirati.

Osnovni pristup izračunu je: prvo se odredi dnevna potražnja za električnom energijom, a zatim se kombinira s lokalnim klimatskim uvjetima (posebno trajanjem sunčanog sjaja) kako bi se odredila ukupna snaga fotonaponskih panela.

formula:

Snaga modula = (Dnevna potražnja za električnom energijom × Faktor viška kontinuiranog oblačnog dana) ÷ (Prosječni lokalni sunčani sati × Učinkovitost sustava)

* Dnevna potrošnja električne energije: To se može izračunati zbrajanjem nazivne snage svih uređaja pomnoženog s vremenom njihove upotrebe.

Na primjer, LED svjetla 10W × 5 sati = 50Wh, hladnjak 60W × 24 sata = 1440Wh.

* Faktor viška energije tijekom uzastopnih oblačnih dana: Kako bi se uzeo u obzir nedovoljan učinak proizvodnje energije tijekom uzastopnih oblačnih dana, ovaj se faktor obično postavlja između 1.1 i 1.3.

* Prosječni lokalni dnevni broj sunčanih sati: To se može dobiti iz lokalnih meteoroloških podataka. Na primjer, Peking ima prosjek od otprilike 4 sunčana sata dnevno, dok Hainan može imati više od 5 sati.

* Učinkovitost sustava: Ovo uzima u obzir gubitke u kabelu, učinkovitost regulatora, gubitke pretvarača itd. i obično je postavljeno između 0.75 i 0.8.

Na primjer:

Pod pretpostavkom da je vaša dnevna potrošnja električne energije 3,000 Wh, prosječni lokalni dnevni sunčani sati su 4.5 sati, učinkovitost sustava je 0.78, a koeficijent kontinuiranih kišnih dana je 1.2:

Snaga modula = (3,000 × 1.2) ÷ (4.5 × 0.78) ≈ 1,026 W

To znači da trebate instalirati fotonaponske panele ukupne snage od približno 1 kW, kao što su četiri modula od 250 W.

Korak 2: Određivanje snage pretvarača izvan mreže

Inverter pretvara istosmjernu struju (DC) iz fotonaponskih panela ili baterija u izmjeničnu struju (AC) za korištenje u običnim kućanskim aparatima.

Njegova snaga mora biti dovoljna da zadovolji vašu maksimalnu trenutnu potražnju za snagom, posebno uzimajući u obzir struju uključivanja induktivnih opterećenja (opreme s motornim pogonom).

formula:

Snaga invertera = (Ukupna snaga omskog opterećenja + Ukupna snaga induktivnog opterećenja × 5) × Faktor margine ÷ Faktor snage

* Otporna opterećenja: Otporni uređaji poput žarulja, električnih kuhala za vodu i pećnica.

* Induktivna opterećenja: Oprema s motorima ili kompresorima, kao što su hladnjaci, vodene pumpe, klima uređaji itd. Trenutna snaga tijekom pokretanja može biti 5-7 puta veća od nazivne snage.

* Faktor sigurnosti: Obično se postavlja na 1.2–1.5 kako bi se osigurala margina.

* Faktor snage: Obično postavljen na 0.8–0.9.

Primjer:

Pod pretpostavkom da imate rasvjetno tijelo od 200 W (omsko opterećenje), hladnjak od 100 W (induktivno opterećenje), faktor margine od 1.3 i faktor snage od 0.85:

Snaga invertera = (200 + 100 × 5) × 1.3 ÷ 0.85

≈ (200 + 500) × 1.3 ÷ 0.85

≈ 700 × 1.3 ÷ 0.85

≈ 1070 W

Trebat će vam inverter minimalne snage 1.1 kW, a za veću stabilnost preporučuje se odabir modela od 1.5 kW.

Korak 3: Odredite kapacitet baterije

Baterija je „skladište energije“ sustava izvan mreže, a električna energija koja se koristi noću ili za oblačnih dana prvenstveno dolazi iz nje. Kapacitet ovisi o broju dana kada vam je potrebno kontinuirano napajanje i dnevnoj potrošnji električne energije.

formula:

Kapacitet baterije (Ah) = (Dnevna potrošnja električne energije × Broj dana napajanja tijekom oblačnih dana) ÷ (Dubina pražnjenja × Učinkovitost punjenja/pražnjenja × Napon baterije)

* Dubina pražnjenja (DOD): Za olovne baterije preporučuje se DOD od 0.5–0.6; za litijeve baterije prihvatljiv je DOD od 0.8–0.9.

* Učinkovitost punjenja/pražnjenja: Tipično postavljena na 0.85–0.9.

* Napon baterije: Uobičajeni naponi uključuju 12 V, 24 V i 48 V; viši naponi preporučuju se za veće potrebe za napajanjem.

Primjer:

Pod pretpostavkom da dnevno koristite 3000 Wh i želite imati napajanje za 2 dana oblačnog vremena, koristeći 48 V litijevu bateriju (DOD=0.9, učinkovitost=0.9):

Kapacitet baterije = (3000 × 2) ÷ (0.9 × 0.9 × 48)

≈ 6000 ÷ 38.88

≈ 154 Ah

Trebat će vam baterijski paket od 48 V i 154 Ah (otprilike 7.4 kWh).

Korak 4: Odredite specifikacije kontrolera

Fotovoltaični regulator regulira proces punjenja od fotonaponskih modula do baterije.

Njegove specifikacije prvenstveno ovise o maksimalnoj ulaznoj struji, izračunatoj pomoću sljedeće formule:

formula:

Ulazna struja regulatora = Maksimalna snaga fotonaponskih modula ÷ Napon baterijskog sklopa

Na primjer, ako vaši fotonaponski paneli imaju ukupnu snagu od 1000 W, a napon baterijskog paketa je 48 V:

Ulazna struja regulatora = 1000 ÷ 48 ≈ 20.8 A

Stoga trebate odabrati kontroler s ulaznom strujom većom od 21A, obično MPPT tipa (veća učinkovitost, povoljnije u oblačnim danima).

Praktični savjeti

1. Omogućite određenu marginu: Vijek trajanja i operativna stabilnost opreme ovise o odgovarajućem dizajnu redundancije; nemojte previše strogo fiksirati parametre.
2. MPPT je superiorniji od PWM-a: Iako su MPPT kontroleri nešto skuplji, nude veću učinkovitost proizvodnje energije, posebno u nestabilnim uvjetima osvjetljenja.
3. Dajte prednost litij-ionskim baterijama: Kompaktne su, lagane i sposobne za duboko pražnjenje, što nudi dugoročne uštede troškova.
4. Planirajte buduće proširenje: Ako predviđate dodavanje više uređaja u budućnosti, osigurajte dovoljan kapacitet sučelja i za fotonaponski sustav i za baterije.

Srž projektiranja malog fotonaponskog sustava izvan mreže leži u preciznom izračunavanju konfiguracije na temelju stvarnih potreba, a ne u jednostavnoj "kupnji nekoliko panela i baterija" i tome se ide.

Savladajte ove 4 formule:

1. Formula snage fotonaponskog modula
2. Formula snage invertera
3. Formula za kapacitet baterije
4. Formula ulazne struje regulatora

Zatim možete izračunati konfiguraciju za mali sustav izvan mreže koja je i dovoljna i stabilna.

Prilikom prvog projektiranja možete dodati dodatnih 10% – 20% marže na temelju rezultata formule, što omogućuje veću fleksibilnost u rukovanju vremenskim promjenama i proširenju opreme.