Kako izračunati odgovarajuću konfiguraciju za vaš mali vanmrežni sistem?

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

U stvari, ovo nije nešto što samo inženjeri mogu postići. Sve dok savladate nekoliko ključnih koraka i formula, možete izračunati odgovarajuću konfiguraciju za vlastiti mali fotonaponski sistem van mreže.

Solarni sistem van mreže odnosi se na nezavisni sistem koji se ne oslanja na javnu mrežu, već se u potpunosti oslanja na proizvodnju fotonaponske energije i skladištenje energije u baterijama kako bi zadovoljio potrebe za električnom energijom. Idealan je za upotrebu u udaljenim planinskim područjima, ostrvima, pastoralnim regijama, kamperima, ribarskim brodovima i drugim lokacijama sa nestabilnom električnom energijom iz mreže.

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

Korak 1: Određivanje snage fotonaponskog modula

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

Osnovni pristup proračunu je: prvo se odredi dnevna potražnja za električnom energijom, a zatim se to kombinuje s lokalnim klimatskim uslovima (posebno trajanjem sunčanog sijanja) 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 × Efikasnost sistema)

* Dnevna potrošnja električne energije: Ovo se može izračunati sabiranjem nazivne snage svih uređaja pomnoženim s vremenom njihovog korištenja.

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

* Faktor viška energije tokom uzastopnih oblačnih dana: Da bi se uzeo u obzir nedostatak proizvodnje energije tokom uzastopnih oblačnih dana, ovaj faktor se obično postavlja između 1.1 i 1.3.

* Prosječni lokalni dnevni sati sunčanog vremena: Ovo se može dobiti iz lokalnih meteoroloških podataka. Na primjer, Peking ima prosjek od približno 4 sata sunčanog vremena dnevno, dok Hainan može imati preko 5 sati.

* Efikasnost sistema: Ovo uzima u obzir gubitke u kablu, efikasnost kontrolera, gubitke invertora itd. i obično se postavlja između 0.75 i 0.8.

Na primjer:

Pod pretpostavkom da je vaša dnevna potrošnja električne energije 3,000 Wh, prosječni lokalni dnevni broj sunčanih sati je 4.5 sati, efikasnost sistema 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 približno 1 kW, kao što su četiri modula od 250 W.

Korak 2: Odredite snagu invertera van mreže

Inverter pretvara jednosmjernu struju (DC) iz fotonaponskih panela ili baterija u naizmjeničnu struju (AC) za upotrebu u običnim kućanskim aparatima.

Njegova snaga mora biti dovoljna da zadovolji vašu maksimalnu trenutnu potražnju za snagom, posebno uzimajući u obzir udarnu struju induktivnih opterećenja (opreme koju pokreće motor).

Formula:

Snaga invertora = (Ukupna snaga otpornog opterećenja + Ukupna snaga induktivnog opterećenja × 5) × Faktor margine ÷ Faktor snage

* Otporna opterećenja: Otporni uređaji kao što su sijalice, električni čajnici i pećnice.

* Induktivna opterećenja: Oprema s motorima ili kompresorima, kao što su hladnjaci, vodene pumpe, klima uređaji itd. Trenutna snaga tokom 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: Tipično 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 invertora = (200 + 100 × 5) × 1.3 ÷ 0.85

≈ (200 + 500) × 1.3 ÷ 0.85

≈ 700 × 1.3 ÷ 0.85

≈ 1070 W

Trebat će vam inverter s minimalnim kapacitetom od 1.1 kW, a preporučuje se odabir modela od 1.5 kW za veću stabilnost.

Korak 3: Odredite kapacitet baterije

Baterija je "skladište energije" sistema koji nije povezan s mrežom, a električna energija koja se koristi noću ili oblačnim danima prvenstveno dolazi iz nje. Kapacitet zavisi od broja dana kada vam je potrebno kontinuirano napajanje i dnevne potrošnje električne energije.

Formula:

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

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

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

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

Primjer:

Pod pretpostavkom da koristite 3000Wh dnevno i želite imati napajanje za 2 dana oblačnog vremena, koristeći 48V litijumsku bateriju (DOD=0.9, efikasnost=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 (približno 7.4 kWh).

Korak 4: Odredite specifikacije kontrolera

Fotovoltaični kontroler reguliše proces punjenja od fotovoltaičnih modula do baterije.

Njegove specifikacije prvenstveno zavise od maksimalne ulazne struje, izračunate pomoću sljedeće formule:

Formula:

Ulazna struja kontrolera = Maksimalna snaga fotonaponskih modula ÷ Napon baterijskog paketa

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

Ulazna struja kontrolera = 1000 ÷ 48 ≈ 20.8 A

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

Praktični saveti

1. Omogućite marginu: Vijek trajanja i operativna stabilnost opreme zavise od odgovarajućeg dizajna redundantnosti; nemojte previše strogo fiksirati parametre.
2. MPPT je superiorniji od PWM-a: Iako su MPPT kontroleri nešto skuplji, oni nude veću efikasnost proizvodnje energije, posebno u nestabilnim uslovima osvetljenja.
3. Dajte prednost litij-ionskim baterijama: Kompaktne su, lagane i sposobne za duboko pražnjenje, nudeći dugoročne uštede troškova.
4. Planirajte buduće proširenje: Ako predviđate dodavanje više uređaja u budućnosti, osigurajte dovoljan kapacitet interfejsa i za fotonaponski sistem i za baterije.

Suština dizajniranja malog vanmrežnog fotonaponskog sistema leži u preciznom izračunavanju konfiguracije na osnovu stvarnih potreba, umjesto jednostavnog "kupovanja nekoliko panela i baterija" i završetka procesa.

Savladajte ove 4 formule:

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

Zatim možete izračunati konfiguraciju za mali vanmrežni sistem koja je i dovoljna i stabilna.

Prilikom prvog projektovanja, možete dodati dodatnih 10%-20% margine na osnovu rezultata formule, što omogućava veću fleksibilnost u rukovanju vremenskim promjenama i proširenju opreme.