Kako izračunati ustrezno konfiguracijo za vaš majhen avtonomni sistem?

Ste že kdaj razmišljali o uporabi lastnega sončnega sistema v gorski koči, ribiškem čolnu ali avtodomu, da bi se znebili odvisnosti od javnega omrežja?

Pravzaprav to ni nekaj, kar lahko dosežejo samo inženirji. Dokler obvladate nekaj ključnih korakov in formul, lahko izračunate ustrezno konfiguracijo za svoj majhen fotonapetostni sistem, ki ni povezan z omrežjem.

Avtonomni sončni sistem se nanaša na neodvisen sistem, ki ni odvisen od javnega omrežja, temveč se za zadovoljevanje potreb po električni energiji v celoti zanaša na fotovoltaično proizvodnjo energije in shranjevanje energije v baterijah. Idealen je za uporabo v oddaljenih gorskih območjih, na otokih, pašnih območjih, v avtodomih, ribiških čolnih in drugih lokacijah z nestabilnim omrežnim napajanjem.

Spodaj vas bomo vodili skozi štiri korake za izračun potrebne konfiguracije.

1. korak: Določite moč fotovoltaičnega modula

Moč fotovoltaičnih panelov (sončnih panelov) določa, koliko električne energije lahko vaš sistem proizvede.

Osnovni pristop k izračunu je: najprej določite dnevno potrebo po električni energiji, nato pa jo združite z lokalnimi podnebnimi razmerami (zlasti trajanjem sončnega obsevanja), da določite skupno moč fotonapetostnih panelov.

Formula:

Moč modula = (Dnevna potreba po električni energiji × Faktor presežka neprekinjenega oblačnega dne) ÷ (Povprečne lokalne sončne ure × Učinkovitost sistema)

* Dnevna poraba električne energije: To lahko izračunamo tako, da seštejemo nazivno moč vseh naprav, pomnoženo z njihovim časom uporabe.

Na primer, LED luči 10 W × 5 ur = 50 Wh, hladilnik 60 W × 24 ur = 1440 Wh.

* Faktor presežka v neprekinjenih oblačnih dneh: Zaradi upoštevanja nezadostne proizvodnje energije v zaporednih oblačnih dneh je ta faktor običajno nastavljen med 1.1 in 1.3.

* Lokalno povprečje sončnih ur na dan: To je mogoče dobiti iz lokalnih meteoroloških podatkov. Peking ima na primer povprečno približno 4 ure sonca na dan, Hainan pa lahko več kot 5 ur.

* Učinkovitost sistema: Ta upošteva izgube v kablih, učinkovitost krmilnika, izgube pretvornika itd. in je običajno nastavljena med 0.75 in 0.8.

Na primer:

Ob predpostavki, da je vaša dnevna poraba električne energije 3,000 Wh, je lokalno povprečno število sončnih ur 4.5 ure, učinkovitost sistema je 0.78, koeficient neprekinjenih deževnih dni pa 1.2:

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

To pomeni, da morate namestiti fotovoltaične panele s skupno močjo približno 1 kW, na primer štiri module z močjo 250 W.

2. korak: Določite moč razsmernika, ki ni priključen na omrežje

Razsmernik pretvarja enosmerni tok (DC) iz fotonapetostnih panelov ali baterij v izmenični tok (AC) za uporabo v običajnih gospodinjskih aparatih.

Njegova moč mora biti zadostna za zadovoljevanje vaše največje trenutne potrebe po moči, zlasti glede na vklopni tok induktivnih bremen (opreme, ki jo poganja motor).

Formula:

Moč pretvornika = (Skupna moč uporovne obremenitve + Skupna moč induktivne obremenitve × 5) × Faktor rezerve ÷ Faktor moči

* Uporne obremenitve: Uporne naprave, kot so žarnice, električni grelniki vode in pečice.

* Induktivne obremenitve: Oprema z motorji ali kompresorji, kot so hladilniki, vodne črpalke, klimatske naprave itd. Trenutna moč med zagonom je lahko 5–7-krat večja od nazivne moči.

* Varnostni faktor: Običajno je nastavljen na 1.2–1.5, da se zagotovi rezerva.

* Faktor moči: Običajno nastavljen na 0.8–0.9.

primer:

Ob predpostavki, da imate 200W svetilko (uporna obremenitev), 100W hladilnik (induktivna obremenitev), faktor rezerve 1.3 in faktor moči 0.85:

Moč pretvornika = (200 + 100 × 5) × 1.3 ÷ 0.85

≈ (200 + 500) × 1.3 ÷ 0.85

≈ 700 × 1.3 ÷ 0.85

≈ 1070 W

Potrebovali boste razsmernik z minimalno močjo 1.1 kW, za večjo stabilnost pa je priporočljivo izbrati model z močjo 1.5 kW.

3. korak: Določite kapaciteto baterije

Baterija je »hranilnik energije« sistema, ki ni priključen na omrežje, in elektrika, ki se uporablja ponoči ali v oblačnih dneh, prihaja predvsem iz nje. Zmogljivost je odvisna od števila dni, ko potrebujete neprekinjeno napajanje, in dnevne porabe električne energije.

Formula:

Kapaciteta baterije (Ah) = (Dnevna poraba električne energije × Število dni napajanja v oblačnih dneh) ÷ (Globina praznjenja × Učinkovitost polnjenja/praznjenja × Napetost akumulatorja)

* Globina praznjenja (DOD): Za svinčeno-kislinske akumulatorje je priporočena DOD 0.5–0.6; za litijeve akumulatorje je sprejemljiva DOD 0.8–0.9.

* Učinkovitost polnjenja/praznjenja: Običajno nastavljena na 0.85–0.9.

* Napetost akumulatorja: Običajne napetosti vključujejo 12 V, 24 V in 48 V; za večje potrebe po moči so priporočljive višje napetosti.

primer:

Ob predpostavki, da dnevno porabite 3000 Wh in želite imeti dovolj energije za 2 dni oblačnega vremena, pri uporabi 48 V litijeve baterije (DOD = 0.9, učinkovitost = 0.9):

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

≈ 6000 ÷ 38.88

≈ 154 Ah

Potrebovali bi baterijski paket 48 V 154 Ah (približno 7.4 kWh).

4. korak: Določite specifikacije krmilnika

Fotovoltaični krmilnik uravnava proces polnjenja od fotovoltaičnih modulov do baterije.

Njegove specifikacije so odvisne predvsem od največjega vhodnega toka, izračunanega po naslednji formuli:

Formula:

Vhodni tok krmilnika = Največja moč fotonapetostnih modulov ÷ Napetost baterijskega sklopa

Na primer, če imajo vaši fotonapetostni paneli skupno moč 1000 W in je napetost baterijskega sklopa 48 V:

Vhodni tok krmilnika = 1000 ÷ 48 ≈ 20.8 A

Zato morate izbrati krmilnik z vhodnim tokom večjim od 21 A, običajno tipa MPPT (višja učinkovitost, ugodnejša v oblačnih dneh).

Praktični nasveti

1. Upoštevajte rezervo: življenjska doba in obratovalna stabilnost opreme sta odvisni od ustrezne zasnove redundance; parametrov ne določajte preveč strogo.
2. MPPT je boljši od PWM: Čeprav so MPPT krmilniki nekoliko dražji, ponujajo večjo učinkovitost proizvodnje energije, zlasti v nestabilnih svetlobnih pogojih.
3. Dajte prednost litij-ionskim baterijam: so kompaktne, lahke in zmožne globokega praznjenja, kar ponuja dolgoročne prihranke stroškov.
4. Načrtujte prihodnjo širitev: Če v prihodnosti predvidevate dodajanje več naprav, zagotovite zadostno vmesniško zmogljivost tako za fotovoltaični sistem kot za baterije.

Bistvo načrtovanja majhnega fotovoltaičnega sistema, ki ni povezan z omrežjem, je v natančnem izračunu konfiguracije na podlagi dejanskih potreb, namesto da preprosto "kupite nekaj panelov in baterij" in končate z delom.

Obvladajte te 4 formule:

1. Formula za moč fotonapetostnega modula
2. Formula za moč pretvornika
3. Formula za kapaciteto baterije
4. Formula vhodnega toka krmilnika

Nato lahko izračunate konfiguracijo za majhen sistem brez povezave z omrežjem, ki je hkrati zadostna in stabilna.

Pri prvem načrtovanju lahko glede na rezultate formule dodate dodatnih 10–20 % marže, kar omogoča večjo prilagodljivost pri obvladovanju vremenskih sprememb in širitve opreme.