Miten lasketaan sopiva kokoonpano omalle pienelle, verkosta riippumattomalle järjestelmälle?

Oletko koskaan ajatellut oman aurinkosähköjärjestelmän käyttämistä vuoristomökissä, kalastusveneessä tai matkailuautossa päästäksesi eroon riippuvuudesta julkisesta sähköverkosta?

Itse asiassa tämä ei ole vain insinöörien saavutettavissa. Kunhan hallitset muutaman keskeisen vaiheen ja kaavan, voit laskea sopivan kokoonpanon omalle pienelle, verkosta riippumattomalle aurinkosähköjärjestelmällesi.

Verkosta irti oleva aurinkosähköjärjestelmä on riippumaton järjestelmä, joka ei ole riippuvainen julkisesta sähköverkosta, vaan täysin aurinkosähkön tuotannosta ja akkujen varastoinnista sähköntarpeen tyydyttämiseksi. Se sopii erinomaisesti käytettäväksi syrjäisillä vuoristoalueilla, saarilla, maaseutualueilla, matkailuautoissa, kalastusveneissä ja muissa paikoissa, joissa sähköverkko on epävakaa.

Alla opastamme sinua neljässä vaiheessa tarvittavan kokoonpanon laskemiseksi.

Vaihe 1: Määritä aurinkopaneelin teho

Aurinkopaneelien teho määrää, kuinka paljon sähköä järjestelmäsi voi tuottaa.

Laskennan ydin on seuraava: ensin määritetään päivittäinen sähkönkulutus ja sitten yhdistetään se paikallisiin ilmasto-olosuhteisiin (erityisesti auringonpaisteen kestoon) aurinkopaneelien kokonaistehon määrittämiseksi.

kaava:

Moduulin teho = (päivittäinen sähkönkulutus × jatkuvan pilvisen päivän ylijäämäkerroin) ÷ (paikallinen keskimääräinen auringonpaistetta tunteja × järjestelmän hyötysuhde)

* Päivittäinen sähkönkulutus: Tämä voidaan laskea laskemalla yhteen kaikkien laitteiden nimellisteho kerrottuna niiden käyttöajalla.

Esimerkiksi LED-valot 10 W × 5 tuntia = 50 Wh, jääkaappi 60 W × 24 tuntia = 1440 Wh.

* Jatkuvan pilvisen päivän ylijäämäkerroin: Peräkkäisten pilvisten päivien riittämättömän sähköntuotannon huomioon ottamiseksi tämä kerroin asetetaan tyypillisesti välille 1.1–1.3.

* Paikalliset keskimääräiset päivittäiset auringonpaisteen tunnit: Tämä voidaan saada paikallisista meteorologisista tiedoista. Esimerkiksi Pekingissä on keskimäärin noin 4 tuntia auringonpaistetta päivässä, kun taas Hainanissa niitä voi olla yli 5 tuntia.

* Järjestelmän hyötysuhde: Tämä ottaa huomioon kaapelihäviöt, ohjaimen hyötysuhteen, invertterin häviöt jne., ja se asetetaan yleensä välille 0.75–0.8.

Esimerkiksi:

Olettaen, että päivittäinen sähkönkulutuksesi on 3,000 4.5 Wh, paikallinen keskimääräinen päivittäinen auringonpaisteen määrä on 0.78 tuntia, järjestelmän hyötysuhde on 1.2 ja jatkuvien sadepäivien kerroin on XNUMX:

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

Tämä tarkoittaa, että sinun on asennettava aurinkopaneelit, joiden kokonaisteho on noin 1 kW, kuten neljä 250 W:n moduulia.

Vaihe 2: Määritä verkkoon kytkemättömän invertterin teho

Invertteri muuntaa aurinkopaneeleista tai akuista tulevan tasavirran (DC) vaihtovirraksi (AC), jota tavalliset kodinkoneet voivat käyttää.

Sen tehon on oltava riittävä kattamaan hetkellinen maksimitehontarve, erityisesti ottaen huomioon induktiivisten kuormien (moottorikäyttöisten laitteiden) kytkentävirran.

kaava:

Invertterin teho = (resistiivinen kokonaiskuormateho + induktiivinen kokonaiskuormateho × 5) × Marginaalikerroin ÷ Tehokerroin

* Resistiiviset kuormat: Resistiiviset laitteet, kuten hehkulamput, vedenkeittimet ja uunit.

* Induktiiviset kuormat: Moottorilla tai kompressorilla varustetut laitteet, kuten jääkaapit, vesipumput, ilmastointilaitteet jne. Hetkellinen teho käynnistyksen aikana voi olla 5–7 kertaa nimellisteho.

* Turvakerroin: Tyypillisesti asetetaan välille 1.2–1.5 marginaalin varmistamiseksi.

* Tehokerroin: Tyypillisesti asetettu välille 0.8–0.9.

Esimerkiksi:

Olettaen, että sinulla on 200 W:n valaisin (resistiivinen kuorma), 100 W:n jääkaappi (induktiivinen kuorma), marginaalikerroin 1.3 ja tehokerroin 0.85:

Invertterin teho = (200 + 100 × 5) × 1.3 ÷ 0.85

≈ (200 + 500) × 1.3 ÷ 0.85

≈ 700 × 1.3 ÷ 0.85

≈ 1070 W

Tarvitset invertterin, jonka teho on vähintään 1.1 kW, ja on suositeltavaa valita 1.5 kW:n malli paremman vakauden saavuttamiseksi.

Vaihe 3: Akun kapasiteetin määrittäminen

Akku on sähköverkon ulkopuolisen järjestelmän "energiavarasto", ja yöllä tai pilvisinä päivinä käytetty sähkö on pääasiassa peräisin siitä. Kapasiteetti riippuu siitä, kuinka monena päivänä tarvitset jatkuvaa virransyöttöä ja kuinka paljon sähköä kuluu päivittäin.

kaava:

Akun kapasiteetti (Ah) = (Päivittäinen sähkönkulutus × Virransyötön kesto pilvisinä päivinä) ÷ (Purkaussyvyys × Lataus-/purkaustehokkuus × Akun jännite)

* Purkaussyvyys (DOD): Lyijyakuille suositeltu purkaussyvyys on 0.5–0.6; litiumakuille hyväksyttävä purkaussyvyys on 0.8–0.9.

* Lataus-/purkaustehokkuus: Tyypillisesti asetettu välille 0.85–0.9.

* Akkupankin jännite: Yleisiä jännitteitä ovat 12 V, 24 V ja 48 V; suurempia jännitteitä suositellaan suuremmille tehovaatimuksille.

Esimerkiksi:

Olettaen, että käytät 3000 Wh päivässä ja haluat virtaa kahdeksi päiväksi pilvisellä säällä, käytä 2 V:n litiumakkua (DOD = 48, hyötysuhde = 0.9):

Akun kapasiteetti = (3000 × 2) ÷ (0.9 × 0.9 × 48)

≈ 6000 ÷ 38.88

≈ 154 Ah

Tarvitset 48 V 154 Ah (noin 7.4 kWh) akkupaketin.

Vaihe 4: Määritä ohjaimen tekniset tiedot

Aurinkosähköohjain säätelee latausprosessia aurinkopaneeleista akkuun.

Sen tekniset tiedot riippuvat ensisijaisesti suurimmasta tulovirrasta, joka lasketaan seuraavalla kaavalla:

kaava:

Ohjaimen tulovirta = Aurinkopaneelien maksimiteho ÷ Akkuyksikön jännite

Jos esimerkiksi aurinkopaneeliesi kokonaisteho on 1000 W ja akkujen jännite on 48 V:

Ohjaimen tulovirta = 1000 ÷ 48 ≈ 20.8 A

Siksi sinun on valittava ohjain, jonka tulovirta on yli 21 A, tyypillisesti MPPT-tyyppi (korkeampi hyötysuhde, edullisempi pilvisinä päivinä).

Käytännön vinkkejä

1. Varaa aikaa: Laitteen käyttöikä ja toiminnan vakaus riippuvat asianmukaisesta redundanssisuunnittelusta; älä aseta parametreja liian jäykästi.
2. MPPT on PWM:ää parempi: Vaikka MPPT-ohjaimet ovat hieman kalliimpia, ne tarjoavat paremman virrantuotantotehokkuuden, erityisesti epävakaissa valaistusolosuhteissa.
3. Priorisoi litiumioniakkuja: Ne ovat kompakteja, kevyitä ja kykenevät syväpurkaukseen, mikä tarjoaa pitkän aikavälin kustannussäästöjä.
4. Suunnittele tulevaa laajennusta: Jos aiot lisätä tulevaisuudessa lisää laitteita, varmista riittävä liitäntäkapasiteetti sekä aurinkosähköjärjestelmälle että akuille.

Pienen, verkosta riippumattoman aurinkosähköjärjestelmän suunnittelun ydin on kokoonpanon tarkka laskeminen todellisten tarpeiden perusteella sen sijaan, että vain "ostaisi muutaman paneelin ja akun" ja lopettaisi homman.

Hallitse nämä 4 kaavaa:

1. Aurinkosähkömoduulin tehokaava
2. Invertterin tehokaava
3. Akun kapasiteetin kaava
4. Ohjaimen tulovirran kaava

Voit sitten laskea pienen, verkosta riippumattoman järjestelmän kokoonpanon, joka on sekä riittävä että vakaa.

Ensimmäisellä suunnittelukerralla voit lisätä 10–20 %:n lisämarginaalin kaavan tulosten perusteella, mikä antaa enemmän joustavuutta säämuutosten ja laitteiston laajennuksen käsittelyssä.