Како израчунати одговарајућу конфигурацију за ваш мали ванмрежни систем?

Да ли сте икада размишљали о коришћењу сопственог соларног система у планинској колиби, рибарском чамцу или камперу како бисте се ослободили зависности од јавне мреже?

У ствари, ово није нешто што само инжењери могу да постигну. Све док савладате неколико кључних корака и формула, можете израчунати одговарајућу конфигурацију за свој мали фотонапонски систем ван мреже.

Соларни систем ван мреже односи се на независан систем који се не ослања на јавну мрежу, већ се у потпуности ослања на фотонапонску производњу енергије и складиштење енергије у батеријама како би задовољио потребе за електричном енергијом. Идеалан је за употребу у удаљеним планинским подручјима, острвима, пасторалним регионима, камперима, рибарским чамцима и другим локацијама са нестабилном електричном енергијом из мреже.

У наставку ћемо вас водити кроз четири корака за израчунавање потребне конфигурације.

Корак 1: Одређивање снаге фотонапонског модула

Снага фотонапонских панела (соларних панела) одређује колико електричне енергије ваш систем може да произведе.

Основни приступ прорачуну је: прво одредити дневну потражњу за електричном енергијом, затим је комбиновати са локалним климатским условима (посебно трајањем сунчаног сијања) да би се одредила укупна снага фотонапонских панела.

Формула:

Снага модула = (Дневна потражња за електричном енергијом × Фактор вишка континуираног облачног дана) ÷ (Просечан локални сунчани сати × Ефикасност система)

* Дневна потрошња електричне енергије: Ово се може израчунати сабирањем номиналне снаге свих уређаја помноженог са њиховим временом коришћења.

На пример, ЛЕД светла 10W × 5 сати = 50Wh, фрижидер 60W × 24 сата = 1440Wh.

* Фактор вишка током континуираног облачног дана: Да би се објаснила недовољна производња електричне енергије током узастопних облачних дана, овај фактор се обично подешава између 1.1 и 1.3.

* Просечан број сунчаних сати на локалном нивоу: Ово се може добити из локалних метеоролошких података. На пример, Пекинг има просечно приближно 4 сата сунчаног сјаја дневно, док Хајнан може имати преко 5 сати.

* Ефикасност система: Ово узима у обзир губитке кабла, ефикасност контролера, губитке инвертора итд. и генерално се подешава између 0.75 и 0.8.

На пример:

Под претпоставком да је ваша дневна потрошња електричне енергије 3,000 Wh, локални просечни дневни сунчани сати су 4.5 сати, ефикасност система је 0.78, а коефицијент континуираних кишних дана је 1.2:

Снага модула = (3,000 × 1.2) ÷ (4.5 × 0.78) ≈ 1,026 W

То значи да је потребно инсталирати фотонапонске панеле укупне снаге приближно 1 kW, као што су четири модула од 250 W.

Корак 2: Одређивање снаге инвертора ван мреже

Инвертор претвара једносмерну струју (DC) из фотонапонских панела или батерија у наизменичну струју (AC) за употребу у обичним кућним апаратима.

Његова снага мора бити довољна да задовољи вашу максималну тренутну потражњу за снагом, посебно имајући у виду струју укључивања индуктивних оптерећења (опрема са моторним погоном).

Формула:

Снага инвертора = (Укупна снага отпорног оптерећења + Укупна снага индуктивног оптерећења × 5) × Фактор маргине ÷ Фактор снаге

* Отпорна оптерећења: Отпорни уређаји као што су сијалице, електрични чајници и рерне.

* Индуктивна оптерећења: Опрема са моторима или компресорима, као што су фрижидери, водене пумпе, клима уређаји итд. Тренутна снага током покретања може бити 5–7 пута већа од номиналне снаге.

* Фактор сигурности: Обично се подешава на 1.2–1.5 како би се осигурала маргина.

* Фактор снаге: Типично подешен на 0.8–0.9.

primer:

Под претпоставком да имате расветно тело од 200 В (отпорно оптерећење), фрижидер од 100 В (индуктивно оптерећење), фактор маргине од 1.3 и фактор снаге од 0.85:

Снага инвертора = (200 + 100 × 5) × 1.3 ÷ 0.85

≈ (200 + 500) × 1.3 ÷ 0.85

≈ 700 × 1.3 ÷ 0.85

≈ 1070 В

Биће вам потребан инвертер са минималним капацитетом од 1.1 kW, а препоручује се да изаберете модел од 1.5 kW за већу стабилност.

Корак 3: Одредите капацитет батерије

Батерија је „складиште енергије“ система ван мреже, а електрична енергија која се користи ноћу или облачним данима првенствено долази из ње. Капацитет зависи од броја дана када вам је потребно непрекидно напајање и дневне потрошње електричне енергије.

Формула:

Капацитет батерије (Ah) = (Дневна потрошња електричне енергије × Број дана напајања током облачних дана) ÷ (Дубина пражњења × Ефикасност пуњења/пражњења × Напон батеријског пакета)

* Дубина пражњења (DOD): За оловно-киселинске батерије препоручује се DOD од 0.5–0.6; за литијумске батерије прихватљива је DOD од 0.8–0.9.

* Ефикасност пуњења/пражњења: Типично подешена на 0.85–0.9.

* Напон батерије: Уобичајени напони укључују 12V, 24V и 48V; виши напони се препоручују за веће потребе за снагом.

primer:

Под претпоставком да користите 3000Wh дневно и желите да имате снагу за 2 дана облачног времена, користећи литијумску батерију од 48V (DOD=0.9, ефикасност=0.9):

Капацитет батерије = (3000 × 2) ÷ (0.9 × 0.9 × 48)

≈ 6000 ÷ 38.88

≈ 154 Ах

Потребна вам је батерија од 48V 154Ah (приближно 7.4kWh).

Корак 4: Одређивање спецификација контролера

Фотонапонски контролер регулише процес пуњења од фотонапонских модула до батерије.

Његове спецификације првенствено зависе од максималне улазне струје, израчунате помоћу следеће формуле:

Формула:

Улазна струја контролера = Максимална снага фотонапонских модула ÷ Напон батеријског пакета

На пример, ако ваши фотонапонски панели имају укупну снагу од 1000 W, а напон батерије је 48 V:

Улазна струја контролера = 1000 ÷ 48 ≈ 20.8A

Због тога је потребно да изаберете контролер са улазном струјом већом од 21А, обично MPPT типа (већа ефикасност, повољније у облачним данима).

Практични савети

1. Дозволите маргину: Животни век и оперативна стабилност опреме зависе од одговарајућег дизајна редундантности; немојте превише круто фиксирати параметре.
2. MPPT је супериорнији од PWM-а: Иако су MPPT контролери нешто скупљи, они нуде већу ефикасност производње енергије, посебно у условима нестабилног осветљења.
3. Дајте предност литијум-јонским батеријама: Оне су компактне, лагане и способне за дубоко пражњење, нудећи дугорочне уштеде трошкова.
4. Планирајте будуће проширење: Ако очекујете додавање још уређаја у будућности, обезбедите довољан капацитет интерфејса и за фотонапонски систем и за батерије.

Суштина пројектовања малог фотонапонског система ван мреже лежи у прецизном израчунавању конфигурације на основу стварних потреба, уместо да се једноставно „купи неколико панела и батерија“ и заврши са тим.

Савладајте ове 4 формуле:

1. Формула снаге фотонапонског модула
2. Формула снаге инвертора
3. Формула за капацитет батерије
4. Формула за струју улаза контролера

Затим можете израчунати конфигурацију за мали ванмрежни систем који је и довољан и стабилан.

Приликом првог пројектовања, можете додати додатних 10%–20% маргине на основу резултата формуле, што омогућава већу флексибилност у руковању временским променама и проширењу опреме.