Kuidas arvutada oma väikese võrguvälise süsteemi jaoks sobiv konfiguratsioon?

Kas olete kunagi mõelnud oma päikeseenergiasüsteemi kasutamisele mägimajakeses, kalalaevas või haagissuvilas, et vabaneda sõltuvusest avalikust elektrivõrgust?

Tegelikult ei ole see midagi, mida ainult insenerid suudavad saavutada. Niikaua kui omandate mõned olulised sammud ja valemid, saate arvutada oma väikese võrguvälise fotogalvaanilise süsteemi jaoks sobiva konfiguratsiooni.

Võrguväline päikesesüsteem on sõltumatu süsteem, mis ei sõltu avalikust elektrivõrgust, vaid tugineb elektrienergiavajaduse rahuldamiseks täielikult fotogalvaanilisele energiatootmisele ja akude salvestamisele. See sobib ideaalselt kasutamiseks kaugetes mägipiirkondades, saartel, karjamaadel, haagissuvilates, kalalaevadel ja muudes ebastabiilse elektrivõrguga kohtades.

Allpool juhendame teid vajaliku konfiguratsiooni arvutamiseks neljas etapis.

1. samm: määrake fotogalvaanilise mooduli võimsus

Fotogalvaaniliste paneelide (päikesepaneelide) võimsus määrab, kui palju elektrit teie süsteem toota suudab.

Põhiline arvutusmeetod on järgmine: kõigepealt määrake päevane elektrienergiavajadus ja seejärel kombineerige see kohalike kliimatingimustega (eriti päikesepaiste kestus), et määrata fotogalvaaniliste paneelide koguvõimsus.

Valem:

Mooduli võimsus = (päevane elektrienergiavajadus × pideva pilvise päeva ülejäägitegur) ÷ (kohalik keskmine päikesepaistetundide arv × süsteemi efektiivsus)

* Päevane elektrienergia tarbimine: Selle saab arvutada kõigi seadmete nimivõimsuse summeerimisel ja korrutamisel nende kasutusajaga.

Näiteks LED-tuled 10W × 5 tundi = 50Wh, külmkapp 60W × 24 tundi = 1440Wh.

* Pideva pilvise päeva ülejäägitegur: järjestikustel pilvistel päevadel ebapiisava elektritootmise arvessevõtmiseks seatakse see tegur tavaliselt vahemikku 1.1–1.3.

* Kohalik keskmine päevane päikesepaiste tundide arv: Selle saab kohalikest meteoroloogilistest andmetest. Näiteks Pekingis on keskmiselt umbes 4 tundi päikesepaistet päevas, samas kui Hainanis võib see olla üle 5 tunni.

* Süsteemi efektiivsus: see arvestab kaabli kadusid, kontrolleri efektiivsust, inverteri kadusid jne ning on üldiselt seatud vahemikku 0.75–0.8.

Näiteks:

Eeldades, et teie päevane elektritarbimine on 3,000 Wh, on kohalik keskmine päevane päikesepaisteliste tundide arv 4.5 tundi, süsteemi efektiivsus on 0.78 ja pidevate vihmaste päevade koefitsient on 1.2:

Mooduli võimsus = (3,000 × 1.2) ÷ (4.5 × 0.78) ≈ 1,026 W

See tähendab, et peate paigaldama fotogalvaanilised paneelid koguvõimsusega umbes 1 kW, näiteks neli 250 W moodulit.

2. samm: määrake võrguvälise inverteri võimsus

Inverter muundab fotogalvaaniliste paneelide või patareide alalisvoolu (DC) vahelduvvooluks (AC), mida kasutavad tavalised kodumasinad.

Selle võimsus peab olema piisav, et rahuldada teie maksimaalset hetkelist võimsustarvet, arvestades eriti induktiivkoormuste (mootoriga seadmete) sisselülitusvoolu.

Valem:

Inverteri võimsus = (takistuskoormuse koguvõimsus + induktiivse koormuse koguvõimsus × 5) × varutegur ÷ võimsustegur

* Aktiivkoormused: takistuslikud seadmed, näiteks lambipirnid, elektrilised veekeetjad ja ahjud.

* Induktiivkoormused: mootorite või kompressoritega seadmed, näiteks külmikud, veepumbad, kliimaseadmed jne. Hetkevõimsus käivitamisel võib olla 5–7 korda suurem nimivõimsusest.

* Ohutustegur: Tavaliselt seatakse see 1.2–1.5 vahele, et tagada varu.

* Võimsustegur: Tavaliselt on see seatud väärtusele 0.8–0.9.

Näide:

Eeldades, et teil on 200W valgusti (takistuskoormus), 100W külmkapp (induktiivkoormus), varutegur 1.3 ja võimsustegur 0.85:

Inverteri võimsus = (200 + 100 × 5) × 1.3 ÷ 0.85

≈ (200 + 500) × 1.3 ÷ 0.85

≈ 700 × 1.3 ÷ 0.85

≈ 1070 W

Teil on vaja inverterit, mille minimaalne võimsus on 1.1 kW, ja suurema stabiilsuse tagamiseks on soovitatav valida 1.5 kW mudel.

3. samm: määrake aku mahtuvus

Aku on võrgust sõltumatu süsteemi „energiasalvesti“ ning öösel või pilvisel ajal kasutatav elekter pärineb peamiselt sellest. Mahtuvus sõltub sellest, mitu päeva vajate pidevat toiteallikat ja kui palju on päevas elektrit tarbitud.

Valem:

Aku mahtuvus (Ah) = (Päevane elektrienergia tarbimine × Toiteallika päevade arv pilvise ilmaga) ÷ (Tühjendussügavus × Laadimise/tühjendamise efektiivsus × Aku pinge)

* Tühjendussügavus (DOD): pliiakude puhul on soovitatav DOD 0.5–0.6; liitiumakude puhul on vastuvõetav DOD 0.8–0.9.

* Laadimise/tühjendamise efektiivsus: Tavaliselt on see seatud vahemikku 0.85–0.9.

* Aku pinge: Levinud pinged on 12 V, 24 V ja 48 V; suurema energiatarbe korral on soovitatav kõrgem pinge.

Näide:

Eeldades, et kasutate iga päev 3000 Wh ja soovite kaheks päevaks pilvise ilmaga energiat, kasutage 2 V liitiumakut (DOD = 48, efektiivsus = 0.9):

Aku mahtuvus = (3000 × 2) ÷ (0.9 × 0.9 × 48)

≈ 6000 ÷ 38.88

≈ 154 Ah

Teil oleks vaja 48 V 154 Ah (umbes 7.4 kWh) akupakki.

4. samm: määrake kontrolleri spetsifikatsioonid

Fotogalvaaniline kontroller reguleerib laadimisprotsessi fotogalvaanilistest moodulitest akuni.

Selle spetsifikatsioonid sõltuvad peamiselt maksimaalsest sisendvoolust, mis arvutatakse järgmise valemi abil:

Valem:

Kontrolleri sisendvool = Fotogalvaaniliste moodulite maksimaalne võimsus ÷ Akupaki pinge

Näiteks kui teie fotogalvaaniliste paneelide koguvõimsus on 1000 W ja akupaki pinge on 48 V:

Kontrolleri sisendvool = 1000 ÷ 48 ≈ 20.8 A

Seetõttu peate valima kontrolleri, mille sisendvool on suurem kui 21 A, tavaliselt MPPT-tüüpi (suurem efektiivsus, soodsam pilves ilmaga).

Praktilised näpunäited

1. Arvestage varuga: seadmete eluiga ja tööstabiilsus sõltuvad sobivast redundantsuse disainist; ärge fikseerige parameetreid liiga jäigalt.
2. MPPT on PWM-ist parem: kuigi MPPT-kontrollerid on veidi kallimad, pakuvad nad suuremat energiatootmise efektiivsust, eriti ebastabiilsetes valgustingimustes.
3. Eelista liitiumioonakusid: need on kompaktsed, kerged ja võimelised täielikult tühjenema, pakkudes pikaajalist kulude kokkuhoidu.
4. Planeerige edasist laienemist: kui plaanite tulevikus rohkem seadmeid lisada, veenduge, et nii fotogalvaanilise süsteemi kui ka akude jaoks oleks piisav liidesevõimsus.

Väikese võrgust sõltumatu fotogalvaanilise süsteemi projekteerimise tuum seisneb konfiguratsiooni täpses arvutamises vastavalt tegelikele vajadustele, mitte lihtsalt "mõne paneeli ja aku ostmises" ja asja lõpetamises.

Õppige selgeks need 4 valemit:

1. Fotogalvaanilise mooduli võimsusvalem
2. Inverteri võimsusvalem
3. Aku mahutavuse valem
4. Kontrolleri sisendvoolu valem

Seejärel saate arvutada väikese võrguvälise süsteemi konfiguratsiooni, mis on nii piisav kui ka stabiilne.

Esmakordsel projekteerimisel saate valemi tulemuste põhjal lisada 10–20% marginaali, mis võimaldab suuremat paindlikkust ilmastikumuutuste ja seadmete laiendamisega toimetulekul.