Kaip apskaičiuoti tinkamą savo mažos autonominės sistemos konfigūraciją?

Ar kada nors pagalvojote apie savo saulės energijos sistemos naudojimą kalnų namelyje, žvejybos laive ar kemperyje, kad atsikratytumėte priklausomybės nuo viešojo elektros tinklo?

Tiesą sakant, tai nėra kažkas, ką gali atlikti tik inžinieriai. Įvaldę kelis pagrindinius veiksmus ir formules, galite apskaičiuoti tinkamą savo mažos autonominės fotovoltinės sistemos konfigūraciją.

Autonominė saulės energijos sistema – tai nepriklausoma sistema, kuri nepriklauso nuo viešojo elektros tinklo, o visiškai naudoja fotovoltinę energiją ir akumuliatorių kaupimą elektros energijos poreikiams tenkinti. Ji idealiai tinka naudoti atokiose kalnuotose vietovėse, salose, ganyklų regionuose, nameliuose ant ratų, žvejybos laivuose ir kitose vietose, kuriose elektros energijos tiekimas nestabilus.

Toliau pateiksime keturis veiksmus, kaip apskaičiuoti reikiamą konfigūraciją.

1 veiksmas: nustatykite fotovoltinio modulio galią

Fotovoltinių plokščių (saulės baterijų) galia lemia, kiek elektros energijos gali pagaminti jūsų sistema.

Pagrindinis skaičiavimo metodas yra toks: pirmiausia nustatykite dienos elektros energijos poreikį, tada, derindami jį su vietos klimato sąlygomis (ypač saulės spindulių trukme), nustatykite bendrą fotovoltinių plokščių galią.

Formulė:

Modulio galia = (dienos elektros energijos poreikis × nuolatinio debesuoto laiko pertekliaus koeficientas) ÷ (vietinis vidutinis saulėtų valandų skaičius × sistemos efektyvumas)

* Dienos elektros energijos suvartojimas: jį galima apskaičiuoti susumuojant visų prietaisų vardinę galią, padauginus iš jų naudojimo laiko.

Pavyzdžiui, LED lemputės 10 W × 5 valandos = 50 Wh, šaldytuvas 60 W × 24 valandos = 1440 Wh.

* Nuolatinio debesuoto laiko pertekliaus koeficientas: siekiant atsižvelgti į nepakankamą energijos gamybą iš eilės einančiomis debesuotomis dienomis, šis koeficientas paprastai nustatomas nuo 1.1 iki 1.3.

* Vietinis vidutinis paros saulėtų valandų skaičius: jį galima gauti iš vietinių meteorologinių duomenų. Pavyzdžiui, Pekine saulė šviečia vidutiniškai apie 4 valandas per dieną, o Hainane – daugiau nei 5 valandas.

* Sistemos efektyvumas: tai apima kabelių nuostolius, valdiklio efektyvumą, keitiklio nuostolius ir kt., ir paprastai nustatomas nuo 0.75 iki 0.8.

Pavyzdžiui:

Darant prielaidą, kad jūsų dienos elektros energijos suvartojimas yra 3,000 4.5 Wh, vidutinis saulėtų valandų skaičius per dieną yra 0.78 valandos, sistemos efektyvumas yra 1.2, o nepertraukiamų lietingų dienų koeficientas yra XNUMX:

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

Tai reiškia, kad reikia įrengti fotovoltines plokštes, kurių bendra galia yra maždaug 1 kW, pavyzdžiui, keturis 250 W modulius.

2 veiksmas: nustatykite autonominio keitiklio galią

Keitiklis konvertuoja nuolatinę srovę (DC) iš fotovoltinių plokščių arba baterijų į kintamąją srovę (AC), kurią naudoja įprasti buitiniai prietaisai.

Jo galia turi būti pakankama, kad būtų patenkintas maksimalus momentinis galios poreikis, ypač atsižvelgiant į indukcinių apkrovų (variklinės įrangos) įjungimo srovę.

Formulė:

Keitiklio galia = (bendra varžinės apkrovos galia + bendra indukcinės apkrovos galia × 5) × atsargos koeficientas ÷ galios koeficientas

* Varžinės apkrovos: Varžiniai įtaisai, tokie kaip lemputės, elektriniai virduliai ir orkaitės.

* Induktyvinės apkrovos: įranga su varikliais arba kompresoriais, pvz., šaldytuvai, vandens siurbliai, oro kondicionieriai ir kt. Momentinė galia paleidimo metu gali būti 5–7 kartus didesnė už vardinę galią.

* Saugos koeficientas: Paprastai nustatomas ties 1.2–1.5, kad būtų užtikrinta atsarga.

* Galios koeficientas: Paprastai nustatomas ties 0.8–0.9.

Pavyzdys:

Darant prielaidą, kad turite 200 W šviestuvą (varžinė apkrova), 100 W šaldytuvą (indukcinė apkrova), atsargos koeficientą 1.3 ir galios koeficientą 0.85:

Keitiklio galia = (200 + 100 × 5) × 1.3 ÷ 0.85

≈ (200 + 500) × 1.3 ÷ 0.85

≈ 700 × 1.3 ÷ 0.85

≈ 1070 W

Jums reikės keitiklio, kurio galia ne mažesnė kaip 1.1 kW, o didesniam stabilumui rekomenduojama rinktis 1.5 kW modelį.

3 veiksmas: nustatykite akumuliatoriaus talpą

Baterija yra autonominės sistemos „energijos kaupiklis“, ir naktį arba debesuotomis dienomis elektra daugiausia gaunama iš jos. Talpa priklauso nuo dienų skaičiaus, kai jums reikia nepertraukiamo maitinimo, ir nuo paros elektros energijos suvartojimo.

Formulė:

Baterijos talpa (Ah) = (Dienos elektros energijos suvartojimas × Maitinimo tiekimo dienų skaičius debesuotomis dienomis) ÷ (Išsikrovimo gylis × Įkrovimo / iškrovimo efektyvumas × Baterijos įtampa)

* Iškrovimo gylis (DOD): švino-rūgšties akumuliatoriams rekomenduojamas DOD yra 0.5–0.6; ličio akumuliatoriams priimtinas DOD yra 0.8–0.9.

* Įkrovimo / iškrovimo efektyvumas: Paprastai nustatomas ties 0.85–0.9.

* Akumuliatoriaus įtampa: Įprastos įtampos yra 12 V, 24 V ir 48 V; didesnė įtampa rekomenduojama esant didesniam energijos poreikiui.

Pavyzdys:

Darant prielaidą, kad kasdien naudojate 3000 Wh ir norite turėti energijos 2 dienoms debesuotu oru, naudodami 48 V ličio bateriją (DOD = 0.9, efektyvumas = 0.9):

Baterijos talpa = (3000 × 2) ÷ (0.9 × 0.9 × 48)

≈ 6000 ÷ 38.88

≈ 154 Ah

Jums reikės 48 V 154 Ah (maždaug 7.4 kWh) akumuliatorių bloko.

4 veiksmas: nustatykite valdiklio specifikacijas

Fotovoltinis valdiklis reguliuoja įkrovimo procesą nuo fotovoltinių modulių iki akumuliatoriaus.

Jo specifikacijos daugiausia priklauso nuo maksimalios įėjimo srovės, apskaičiuojamos pagal šią formulę:

Formulė:

Valdiklio įėjimo srovė = Maksimali fotovoltinių modulių galia ÷ Akumuliatorių bloko įtampa

Pavyzdžiui, jei jūsų fotovoltinių plokščių bendra galia yra 1000 W, o akumuliatorių bloko įtampa yra 48 V:

Valdiklio įėjimo srovė = 1000 ÷ 48 ≈ 20.8 A

Todėl reikia pasirinkti valdiklį, kurio įėjimo srovė yra didesnė nei 21 A, paprastai MPPT tipo (didesnis efektyvumas, pranašesnis debesuotomis dienomis).

Praktiniai patarimai

1. Numatykite atsargą: įrangos tarnavimo laikas ir veikimo stabilumas priklauso nuo tinkamo dubliavimo projektavimo; parametrų nereikėtų pernelyg griežtai nustatyti.
2. MPPT pranašesnis už PWM: nors MPPT valdikliai yra šiek tiek brangesni, jie pasižymi didesniu energijos gamybos efektyvumu, ypač esant nestabilioms apšvietimo sąlygoms.
3. Pirmenybę teikite ličio jonų akumuliatoriams: jie yra kompaktiški, lengvi ir gali visiškai išsikrauti, todėl ilgainiui sutaupysite lėšų.
4. Planuokite būsimą plėtrą: jei ateityje planuojate pridėti daugiau prietaisų, užtikrinkite pakankamą fotovoltinės sistemos ir akumuliatorių sąsajos pajėgumą.

Mažos autonominės fotovoltinės sistemos projektavimo esmė – tiksliai apskaičiuoti konfigūraciją pagal realius poreikius, o ne tiesiog „nusipirkti kelias saulės baterijas ir viską baigti“.

Įvaldykite šias 4 formules:

1. Fotovoltinio modulio galios formulė
2. Inverterio galios formulė
3. Baterijos talpos formulė
4. Valdiklio įvesties srovės formulė

Tada galite apskaičiuoti mažos autonominės sistemos konfigūraciją, kuri būtų ir pakankama, ir stabili.

Pirmą kartą projektuojant, galite pridėti papildomą 10–20 % paraštę, remdamiesi formulės rezultatais, taip suteikdami daugiau lankstumo reaguojant į oro sąlygų pokyčius ir įrangos plėtrą.