Kā aprēķināt atbilstošu konfigurāciju savai mazajai bezsaistes sistēmai?

Vai esat kādreiz domājuši par savas saules enerģijas sistēmas izmantošanu kalnu namiņā, zvejas laivā vai kemperī, lai atbrīvotos no atkarības no publiskā elektrotīkla?

Patiesībā to nevar paveikt tikai inženieri. Ja vien apgūsiet dažus galvenos soļus un formulas, varēsiet aprēķināt atbilstošu konfigurāciju savai mazajai bezsaistes fotoelektriskajai sistēmai.

Ar autonomu saules enerģijas sistēmu saprot neatkarīgu sistēmu, kas nav atkarīga no publiskā tīkla, bet gan pilnībā izmanto fotoelektrisko enerģijas ražošanu un akumulatoru uzkrāšanu, lai apmierinātu elektroenerģijas vajadzības. Tā ir ideāli piemērota izmantošanai attālos kalnu apgabalos, salās, ganību reģionos, kemperos, zvejas laivās un citās vietās ar nestabilu tīkla padevi.

Tālāk mēs jūs vadīsim četros soļos, lai aprēķinātu nepieciešamo konfigurāciju.

1. darbība: fotoelektriskā moduļa jaudas noteikšana

Fotoelektrisko paneļu (saules paneļu) jauda nosaka, cik daudz elektroenerģijas jūsu sistēma var saražot.

Galvenā aprēķina pieeja ir šāda: vispirms nosaka dienas elektroenerģijas pieprasījumu, pēc tam to apvieno ar vietējiem klimatiskajiem apstākļiem (īpaši saules spīdēšanas ilgumu), lai noteiktu fotoelektrisko paneļu kopējo jaudu.

Formula:

Moduļa jauda = (Dienas elektroenerģijas pieprasījums × Nepārtrauktas mākoņainas dienas pārpalikuma koeficients) ÷ (Vietējais vidējais saules stundu skaits × Sistēmas efektivitāte)

* Dienas elektroenerģijas patēriņš: To var aprēķināt, summējot visu ierīču nominālo jaudu, reizinot to ar to lietošanas laiku.

Piemēram, LED apgaismojums 10 W × 5 stundas = 50 Wh, ledusskapis 60 W × 24 stundas = 1440 Wh.

* Nepārtrauktas mākoņainas dienas pārpalikuma koeficients: Lai ņemtu vērā nepietiekamu enerģijas ražošanu secīgās mākoņainās dienās, šis koeficients parasti tiek iestatīts no 1.1 līdz 1.3.

* Vietējais vidējais saules spīdēšanas stundu skaits dienā: To var iegūt no vietējiem meteoroloģiskajiem datiem. Piemēram, Pekinā vidēji ir aptuveni 4 stundas saules spīdēšanas dienā, savukārt Hainanā var būt vairāk nekā 5 stundas.

* Sistēmas efektivitāte: tā ņem vērā kabeļu zudumus, regulatora efektivitāti, invertora zudumus utt., un parasti tā ir iestatīta no 0.75 līdz 0.8.

Piemēram:

Pieņemot, ka jūsu ikdienas elektroenerģijas patēriņš ir 3,000 Wh, vietējais vidējais saules spīdēšanas stundu skaits dienā ir 4.5 stundas, sistēmas efektivitāte ir 0.78 un nepārtraukto lietaino dienu koeficients ir 1.2:

Moduļa jauda = (3,000 × 1.2) ÷ (4.5 × 0.78) ≈ 1,026 W

Tas nozīmē, ka jums jāuzstāda fotoelektriskie paneļi ar kopējo jaudu aptuveni 1 kW, piemēram, četri 250 W moduļi.

2. darbība. Nosakiet bezsaistes invertora jaudu

Invertors pārveido līdzstrāvu (DC) no fotoelektriskajiem paneļiem vai baterijām maiņstrāvā (AC), ko izmanto parastās mājsaimniecības ierīces.

Tās jaudai ir jābūt pietiekamai, lai apmierinātu jūsu maksimālo momentāno jaudas pieprasījumu, jo īpaši ņemot vērā induktīvo slodžu (ar motoru darbināmu iekārtu) ieslēgšanas strāvu.

Formula:

Invertora jauda = (kopējā rezistīvās slodzes jauda + kopējā induktīvās slodzes jauda × 5) × rezerves koeficients ÷ jaudas koeficients

* Rezistīvās slodzes: Rezistīvās ierīces, piemēram, spuldzes, elektriskās tējkannas un krāsnis.

* Induktīvās slodzes: Iekārtas ar motoriem vai kompresoriem, piemēram, ledusskapji, ūdens sūkņi, gaisa kondicionieri utt. Momentānā jauda iedarbināšanas laikā var būt 5–7 reizes lielāka par nominālo jaudu.

* Drošības koeficients: Parasti tiek noteikts 1.2–1.5 apmērā, lai nodrošinātu rezervi.

* Jaudas koeficients: Parasti iestatīts uz 0.8–0.9.

Piemērs:

Pieņemot, ka jums ir 200 W apgaismes ķermeņi (rezistīvā slodze), 100 W ledusskapis (induktīvā slodze), rezerves koeficients 1.3 un jaudas koeficients 0.85:

Invertora jauda = (200 + 100 × 5) × 1.3 ÷ 0.85

≈ (200 + 500) × 1.3 ÷ 0.85

≈ 700 × 1.3 ÷ 0.85

≈ 1070 W

Jums būs nepieciešams invertors ar minimālo jaudu 1.1 kW, un lielākai stabilitātei ieteicams izvēlēties 1.5 kW modeli.

3. darbība. Nosakiet akumulatora ietilpību

Akumulators ir autonomās sistēmas “enerģijas krātuve”, un naktī vai mākoņainās dienās patērētā elektroenerģija galvenokārt nāk no tā. Jauda ir atkarīga no dienu skaita, cik nepieciešams nepārtraukts barošanas avots, un no ikdienas elektroenerģijas patēriņa.

Formula:

Akumulatora ietilpība (Ah) = (Dienas elektroenerģijas patēriņš × Barošanas dienu skaits mākoņainās dienās) ÷ (Izlādes dziļums × Uzlādes/izlādes efektivitāte × Akumulatora bloka spriegums)

* Izlādes dziļums (DOD): Svina-skābes akumulatoriem ieteicams DOD 0.5–0.6; litija akumulatoriem pieņemams DOD 0.8–0.9.

* Uzlādes/izlādes efektivitāte: Parasti tiek iestatīta uz 0.85–0.9.

* Akumulatora spriegums: izplatītākie spriegumi ir 12 V, 24 V un 48 V; lielākam jaudas patēriņam ieteicams augstāks spriegums.

Piemērs:

Pieņemot, ka jūs katru dienu patērējat 3000 Wh un vēlaties, lai jums būtu pietiekami daudz enerģijas 2 dienām mākoņainā laikā, izmantojot 48 V litija akumulatoru (DOD = 0.9, efektivitāte = 0.9):

Akumulatora ietilpība = (3000 × 2) ÷ (0.9 × 0.9 × 48)

≈ 6000 ÷ 38.88

≈ 154 Ah

Jums būs nepieciešams 48 V 154 Ah (aptuveni 7.4 kWh) akumulatoru bloks.

4. darbība. Nosakiet kontroliera specifikācijas

Fotoelektriskais kontrolieris regulē uzlādes procesu no fotoelektriskajiem moduļiem līdz akumulatoram.

Tās specifikācijas galvenokārt ir atkarīgas no maksimālās ieejas strāvas, kas tiek aprēķināta, izmantojot šādu formulu:

Formula:

Kontroliera ieejas strāva = Fotoelektrisko moduļu maksimālā jauda ÷ Akumulatora bloka spriegums

Piemēram, ja jūsu fotoelektrisko paneļu kopējā jauda ir 1000 W un akumulatoru bloka spriegums ir 48 V:

Kontroliera ieejas strāva = 1000 ÷ 48 ≈ 20.8 A

Tāpēc jāizvēlas regulators ar ieejas strāvu, kas lielāka par 21 A, parasti MPPT tipa (augstāka efektivitāte, izdevīgāk mākoņainās dienās).

Praktiski padomi

1. Ņemiet vērā rezervi: iekārtas kalpošanas laiks un darbības stabilitāte ir atkarīga no atbilstoša redundances projekta; nenosakiet parametrus pārāk stingri.
2. MPPT ir pārāks par PWM: Lai gan MPPT kontrolieri ir nedaudz dārgāki, tie piedāvā augstāku enerģijas ražošanas efektivitāti, īpaši nestabilos apgaismojuma apstākļos.
3. Dodiet priekšroku litija jonu akumulatoriem: tie ir kompakti, viegli un spējīgi dziļi izlādēties, piedāvājot ilgtermiņa izmaksu ietaupījumus.
4. Plānojiet turpmāko paplašināšanos: ja nākotnē plānojat pievienot vairāk ierīču, nodrošiniet pietiekamu saskarnes jaudu gan fotoelektriskajai sistēmai, gan akumulatoriem.

Nelielas, bezsaistes fotoelektriskās sistēmas projektēšanas pamatā ir precīza konfigurācijas aprēķināšana, pamatojoties uz faktiskajām vajadzībām, nevis vienkārši "nopirkt dažus paneļus un baterijas" un visu nolikt malā.

Apgūstiet šīs 4 formulas:

1. Fotoelektriskā moduļa jaudas formula
2. Invertora jaudas formula
3. Akumulatora ietilpības formula
4. Kontroliera ieejas strāvas formula

Pēc tam varat aprēķināt nelielas, bezsaistes sistēmas konfigurāciju, kas ir gan pietiekama, gan stabila.

Veicot pirmo projektēšanu, varat pievienot papildu 10–20 % rezervi, pamatojoties uz formulas rezultātiem, kas nodrošina lielāku elastību laikapstākļu izmaiņu un aprīkojuma paplašināšanas pārvaldībā.