Hogyan számítsam ki a megfelelő konfigurációt a saját kis, hálózaton kívüli rendszeremhez?

Gondolt már arra, hogy saját napelemes rendszert használjon egy hegyi kabinban, horgászcsónakban vagy lakókocsiban, hogy megszabaduljon a közüzemi hálózattól való függőségtől?

Valójában ez nem olyasmi, amit csak a mérnökök tudnak megvalósítani. Amíg elsajátít néhány kulcsfontosságú lépést és képletet, kiszámíthatja a megfelelő konfigurációt a saját kis, hálózaton kívüli fotovoltaikus rendszeréhez.

A hálózaton kívüli napelemes rendszer egy olyan független rendszer, amely nem a nyilvános hálózatra támaszkodik, hanem teljes mértékben fotovoltaikus energiatermelésre és akkumulátoros tárolásra támaszkodik az áramigény kielégítésére. Ideális távoli hegyvidéki területeken, szigeteken, legeltetési régiókban, lakókocsikban, halászhajókon és más, instabil hálózati áramellátású helyeken való használatra.

Az alábbiakban négy lépésben bemutatjuk a szükséges konfiguráció kiszámítását.

1. lépés: A fotovoltaikus modul teljesítményének meghatározása

A fotovoltaikus panelek (napelemek) teljesítménye határozza meg, hogy mennyi áramot képes termelni a rendszered.

Az alapvető számítási módszer a következő: először meghatározzuk a napi villamosenergia-igényt, majd ezt kombináljuk a helyi éghajlati viszonyokkal (különösen a napsütés időtartamával) a fotovoltaikus panelek teljes teljesítményének meghatározásához.

képlet:

Modul teljesítménye = (Napi áramigény × Folyamatos felhős nap többletfaktor) ÷ (Helyi átlagos napsütéses órák száma × Rendszerhatásfok)

* Napi áramfogyasztás: Ez úgy számítható ki, hogy az összes eszköz névleges teljesítményét összeadjuk, megszorozva a használati idejükkel.

Például a LED-lámpák 10 W × 5 óra = 50 Wh, a hűtőszekrény 60 W × 24 óra = 1440 Wh.

* Folyamatos felhős napok többletfaktora: Az egymást követő felhős napokon fellépő elégtelen energiatermelés figyelembevételére ezt a tényezőt jellemzően 1.1 és 1.3 között állítják be.

* Helyi átlagos napi napsütéses órák száma: Ez a helyi meteorológiai adatokból szerezhető be. Például Pekingben átlagosan körülbelül 4 óra napsütés van naponta, míg Hajnanban több mint 5 óra is lehet.

* Rendszerhatásfok: Ez figyelembe veszi a kábelveszteségeket, a vezérlő hatásfokát, az inverter veszteségeit stb., és általában 0.75 és 0.8 között van beállítva.

Például:

Feltételezve, hogy a napi áramfogyasztás 3,000 Wh, a helyi átlagos napi napsütéses órák száma 4.5 óra, a rendszer hatásfoka 0.78, a folyamatos esős napok együtthatója pedig 1.2:

Modul teljesítménye = (3,000 × 1.2) ÷ (4.5 × 0.78) ≈ 1,026 W

Ez azt jelenti, hogy körülbelül 1 kW összteljesítményű fotovoltaikus paneleket kell telepítenie, például négy darab 250 W-os modult.

2. lépés: Határozza meg a hálózaton kívüli inverter teljesítményét

Az inverter a fotovoltaikus panelekből vagy akkumulátorokból származó egyenáramot (DC) váltakozó árammá (AC) alakítja, amelyet a hagyományos háztartási készülékek használhatnak.

Teljesítményének elegendőnek kell lennie a maximális pillanatnyi teljesítményigény kielégítésére, különösen figyelembe véve az induktív terhelések (motoros berendezések) bekapcsolási áramát.

képlet:

Inverter teljesítménye = (Teljes ohmos terhelési teljesítmény + Teljes induktív terhelési teljesítmény × 5) × Margótényező ÷ Teljesítménytényező

* Ohmos terhelések: Ohmos eszközök, például izzók, vízforralók és sütők.

* Induktív terhelések: Motorral vagy kompresszorral rendelkező berendezések, például hűtőszekrények, vízszivattyúk, légkondicionálók stb. Az indításkor a pillanatnyi teljesítmény 5–7-szerese lehet a névleges teljesítménynek.

* Biztonsági tényező: Általában 1.2–1.5-re van beállítva a megfelelő tartalék biztosítása érdekében.

* Teljesítménytényező: Általában 0.8–0.9 között van beállítva.

Példa:

Feltételezve, hogy van egy 200 W-os lámpatested (ohmos terhelés), egy 100 W-os hűtőszekrényed (induktív terhelés), a tartaléktényeződ 1.3, a teljesítménytényeződ pedig 0.85:

Inverter teljesítménye = (200 + 100 × 5) × 1.3 ÷ 0.85

≈ (200 + 500) × 1.3 ÷ 0.85

≈ 700 × 1.3 ÷ 0.85

≈ 1070 W

Legalább 1.1 kW teljesítményű inverterre lesz szükséged, és a nagyobb stabilitás érdekében ajánlott egy 1.5 kW-os modellt választani.

3. lépés: Az akkumulátor kapacitásának meghatározása

Az akkumulátor a hálózaton kívüli rendszer „energiatárolója”, és az éjszaka vagy felhős napokon felhasznált áram elsősorban ebből származik. A kapacitás attól függ, hogy hány napra van szüksége folyamatos áramellátásra, valamint a napi áramfogyasztástól.

képlet:

Akkumulátorkapacitás (Ah) = (Napi áramfogyasztás × Felhős napokon a tápellátás napjainak száma) ÷ (Kisütési mélység × Töltési/kisütési hatásfok × Akkumulátorcsomag feszültsége)

* Kisülési mélység (DOD): Ólom-savas akkumulátorok esetén 0.5–0.6 DOD ajánlott; lítium akkumulátorok esetén 0.8–0.9 DOD elfogadható.

* Töltési/kisütési hatásfok: Általában 0.85–0.9 között van beállítva.

* Akkumulátorfeszültség: Az általános feszültségek közé tartozik a 12 V, 24 V és 48 V; nagyobb teljesítményigény esetén magasabb feszültség ajánlott.

Példa:

Feltételezve, hogy napi 3000 Wh-t használsz, és 2 napra elegendő energiát szeretnél felhős időben, egy 48 V-os lítium akkumulátorral (DOD=0.9, hatásfok=0.9):

Akkumulátor kapacitása = (3000 × 2) ÷ (0.9 × 0.9 × 48)

≈ 6000 ÷ 38.88

≈ 154 Ah

Szükséged lenne egy 48 V-os 154 Ah-s (körülbelül 7.4 kWh-s) akkumulátorcsomagra.

4. lépés: A vezérlő specifikációinak meghatározása

A fotovoltaikus vezérlő szabályozza a töltési folyamatot a fotovoltaikus moduloktól az akkumulátorig.

Specifikációi elsősorban a maximális bemeneti áramtól függenek, amelyet a következő képlettel számítanak ki:

képlet:

Vezérlő bemeneti árama = A fotovoltaikus modulok maximális teljesítménye ÷ Akkumulátorcsomag feszültsége

Például, ha a fotovoltaikus panelek összteljesítménye 1000 W, az akkumulátorcsomag feszültsége pedig 48 V:

Vezérlő bemeneti árama = 1000 ÷ 48 ≈ 20.8 A

Ezért olyan vezérlőt kell választani, amelynek bemeneti árama nagyobb, mint 21 A, jellemzően MPPT típusú (nagyobb hatásfok, előnyösebb felhős napokon).

Gyakorlati tanácsok

1. Hagyjon némi tartalékot: A berendezés élettartama és működési stabilitása a megfelelő redundancia-tervezéstől függ; ne rögzítse túl mereven a paramétereket.
2. Az MPPT jobb, mint a PWM: Bár az MPPT vezérlők valamivel drágábbak, nagyobb energiatermelési hatékonyságot kínálnak, különösen instabil fényviszonyok között.
3. Részesítse előnyben a lítium-ion akkumulátorokat: Kompaktak, könnyűek és képesek a mélykisütésre, így hosszú távú költségmegtakarítást kínálnak.
4. Tervezzen a jövőbeli bővítésre: Ha a jövőben további készülékek telepítését tervezi, biztosítson elegendő csatlakozókapacitást mind a fotovoltaikus rendszer, mind az akkumulátorok számára.

Egy kisméretű, hálózaton kívüli fotovoltaikus rendszer tervezésének lényege a konfiguráció pontos kiszámítása a tényleges igények alapján, ahelyett, hogy egyszerűen „néhány panelt és akkumulátort vennénk”, és letennénk a lábunkat.

Sajátítsd el ezt a 4 képletet:

1. Fotovoltaikus modul teljesítményképlete
2. Inverter teljesítményképlete
3. Akkumulátor kapacitás képlete
4. Vezérlő bemeneti áram képlete

Ezután kiszámíthatja egy kis, hálózaton kívüli rendszer konfigurációját, amely elegendő és stabil is.

Első tervezéskor a képlet eredményei alapján további 10–20%-os ráhagyást adhat hozzá, ami nagyobb rugalmasságot biztosít az időjárás-változások és a berendezésbővítés kezelésében.