Cum se calculează configurația potrivită pentru propriul sistem mic de rețea izolată?

Te-ai gândit vreodată să-ți folosești propriul sistem de energie solară într-o cabană de munte, o barcă de pescuit sau o rulotă pentru a scăpa de dependența de rețeaua publică de energie electrică?

De fapt, aceasta nu este o realizare pe care o pot realiza doar inginerii. Atâta timp cât stăpânești câțiva pași și formule cheie, poți calcula configurația potrivită pentru propriul tău sistem fotovoltaic de mici dimensiuni, conectat la rețeaua electrică.

Un sistem solar independent de rețea se referă la un sistem independent care nu depinde de rețeaua publică, ci se bazează în întregime pe generarea de energie fotovoltaică și stocarea în baterii pentru a satisface nevoile de energie electrică. Este ideal pentru utilizare în zone muntoase îndepărtate, insule, regiuni pastorale, rulote, bărci de pescuit și alte locații cu energie electrică instabilă din rețea.

Mai jos, vă vom ghida prin patru pași pentru a calcula configurația necesară.

Pasul 1: Determinarea puterii modulului fotovoltaic

Puterea panourilor fotovoltaice (panourilor solare) determină câtă energie electrică poate genera sistemul dumneavoastră.

Abordarea de bază a calculului este: mai întâi se determină cererea zilnică de energie electrică, apoi se combină aceasta cu condițiile climatice locale (în special durata de strălucire a soarelui) pentru a determina puterea totală a panourilor fotovoltaice.

Formula:

Puterea modulului = (Cererea zilnică de energie electrică × Factor de surplus pentru zile înnorate continue) ÷ (Media locală a orelor de soare × Eficiența sistemului)

Consumul zilnic de energie electrică: Acesta poate fi calculat prin însumarea puterii nominale a tuturor dispozitivelor înmulțită cu timpul lor de utilizare.

De exemplu, becuri LED 10W × 5 ore = 50Wh, frigider 60W × 24 ore = 1440Wh.

Factor de surplus pentru zile înnorate continue: Pentru a ține cont de generarea insuficientă de energie în timpul zilelor înnorate consecutive, acest factor este de obicei setat între 1.1 și 1.3.

* Media zilnică a orelor de soare la nivel local: Aceasta poate fi obținută din datele meteorologice locale. De exemplu, Beijing are o medie de aproximativ 4 ore de soare pe zi, în timp ce Hainan poate avea peste 5 ore.

* Eficiența sistemului: Aceasta ia în considerare pierderile prin cablu, eficiența controlerului, pierderile invertorului etc. și este, în general, setată între 0.75 și 0.8.

De exemplu:

Presupunând că consumul zilnic de energie electrică este de 3,000 Wh, media locală a orelor zilnice de soare este de 4.5 ore, eficiența sistemului este de 0.78, iar coeficientul zilelor ploioase continue este de 1.2:

Puterea modulului = (3,000 × 1.2) ÷ (4.5 × 0.78) ≈ 1,026 W

Asta înseamnă că trebuie să instalați panouri fotovoltaice cu o putere totală de aproximativ 1 kW, cum ar fi patru module de 250 W.

Pasul 2: Determinați puterea invertorului pentru rețeaua izolată

Invertorul transformă curentul continuu (CC) de la panourile fotovoltaice sau baterii în curent alternativ (CA) pentru utilizare de către electrocasnicele obișnuite.

Puterea sa trebuie să fie suficientă pentru a satisface cererea maximă instantanee de putere, în special luând în considerare curentul de pornire al sarcinilor inductive (echipamente acționate de motor).

Formula:

Puterea invertorului = (Puterea totală a sarcinii rezistive + Puterea totală a sarcinii inductive × 5) × Factor de marjă ÷ Factor de putere

* Sarcini rezistive: Dispozitive rezistive, cum ar fi becurile, fierbătoarele electrice și cuptoarele.

* Sarcini inductive: Echipamente cu motoare sau compresoare, cum ar fi frigidere, pompe de apă, aparate de aer condiționat etc. Puterea instantanee în timpul pornirii poate fi de 5-7 ori puterea nominală.

* Factor de siguranță: De obicei, stabilit la 1.2–1.5 pentru a asigura o marjă.

* Factor de putere: De obicei, setat la 0.8–0.9.

Exemplu:

Presupunând că aveți un corp de iluminat de 200 W (sarcină rezistivă), un frigider de 100 W (sarcină inductivă), un factor de marjă de 1.3 și un factor de putere de 0.85:

Puterea invertorului = (200 + 100 × 5) × 1.3 ÷ 0.85

≈ (200 + 500) × 1.3 ÷ 0.85

≈ 700 × 1.3 ÷ 0.85

≈ 1070 W

Vei avea nevoie de un invertor cu o capacitate minimă de 1.1 kW, iar pentru o stabilitate mai mare este recomandat să alegi un model de 1.5 kW.

Pasul 3: Determinați capacitatea bateriei

Bateria este „stocarea energiei” sistemului izolat de la rețea, iar electricitatea utilizată noaptea sau în zilele înnorate provine în principal de la aceasta. Capacitatea depinde de numărul de zile în care aveți nevoie de alimentare continuă și de consumul zilnic de energie electrică.

Formula:

Capacitatea bateriei (Ah) = (Consum zilnic de energie electrică × Numărul de zile de alimentare în zilele înnorate) ÷ (Adâncimea descărcării × Eficiența încărcării/descărcării × Tensiunea pachetului de baterii)

Adâncimea de descărcare (DOD): Pentru bateriile cu plumb, se recomandă o DOD de 0.5–0.6; pentru bateriile cu litiu, se acceptă o DOD de 0.8–0.9.

* Eficiență de încărcare/descărcare: De obicei, setată la 0.85–0.9.

* Tensiunea bancului de baterii: Tensiunile uzuale includ 12V, 24V și 48V; tensiuni mai mari sunt recomandate pentru cerințe de putere mai mari.

Exemplu:

Presupunând că utilizați 3000Wh zilnic și doriți să aveți energie electrică timp de 2 zile de vreme înnorată, folosind o baterie de litiu de 48V (DOD=0.9, eficiență=0.9):

Capacitatea bateriei = (3000 × 2) ÷ (0.9 × 0.9 × 48)

≈ 6000 ÷ 38.88

≈ 154 Ah

Veți avea nevoie de un pachet de baterii de 48V 154Ah (aproximativ 7.4 kWh).

Pasul 4: Determinați specificațiile controlerului

Controlerul fotovoltaic reglează procesul de încărcare de la modulele fotovoltaice la baterie.

Specificațiile sale depind în principal de curentul maxim de intrare, calculat folosind următoarea formulă:

Formula:

Curentul de intrare al regulatorului = Puterea maximă a modulelor fotovoltaice ÷ Tensiunea pachetului de baterii

De exemplu, dacă panourile fotovoltaice au o putere totală de 1000W și tensiunea pachetului de baterii este de 48V:

Curent de intrare al regulatorului = 1000 ÷ 48 ≈ 20.8A

Prin urmare, trebuie să selectați un regulator cu un curent de intrare mai mare de 21A, de obicei de tip MPPT (eficiență mai mare, mai avantajos în zilele înnorate).

Sfaturi practice

1. Acordați o marjă de siguranță: Durata de viață și stabilitatea operațională a echipamentului depind de un design adecvat al redundanței; nu fixați parametrii prea rigid.
2. MPPT este superior PWM-ului: Deși controlerele MPPT sunt puțin mai scumpe, acestea oferă o eficiență mai mare în generarea de energie, în special în condiții de iluminare instabilă.
3. Prioritizați bateriile litiu-ion: acestea sunt compacte, ușoare și capabile de descărcare profundă, oferind economii de costuri pe termen lung.
4. Planificați extinderea viitoare: Dacă anticipați adăugarea mai multor aparate în viitor, asigurați o capacitate de interfață suficientă atât pentru sistemul fotovoltaic, cât și pentru baterii.

Esența proiectării unui sistem fotovoltaic de mici dimensiuni, conectat la rețeaua electrică, constă în calcularea precisă a configurației pe baza nevoilor reale, mai degrabă decât simpla „cumpărare a câtorva panouri și baterii” și finalizare.

Stăpânește aceste 4 formule:

1. Formula de putere a modulului fotovoltaic
2. Formula de putere a invertorului
3. Formula capacității bateriei
4. Formula curentului de intrare al controlerului

Apoi puteți calcula o configurație pentru un sistem mic de tip „off-grid”, care să fie atât suficient, cât și stabil.

Când proiectați pentru prima dată, puteți adăuga o marjă suplimentară de 10%–20% pe baza rezultatelor formulei, permițând o mai mare flexibilitate în gestionarea schimbărilor meteorologice și a extinderii echipamentelor.