Návrh a instalace solárních fotovoltaických systémů
Moderní společnost závisí na energii pro každodenní potřeby, jako je průmysl, topení, doprava a zemědělství, které jsou většinou pokryty neobnovitelnými zdroji (uhel, ropa, plyn). Tyto zdroje však způsobují environmentální škody, jsou nerovnoměrně rozděleny a čelí cenové volatility kvůli omezeným zásobám, což podporuje poptávku po obnovitelné energii.
Sluneční energie, která je hojná a schopná pokrýt globální potřeby, se vyniká. Samostatné fotovoltaické systémy (Obr. 1) nabízejí energetickou nezávislost od distribučních sítí. Níže je přehled jejich plánování, návrhu a instalace pro výrobu elektrické energie.
Plánování samostatného fotovoltaického systému
Posouzení a průzkum lokality:
Minimalizace stínění: Ujistěte se, že místo instalace (střecha nebo plocha) je volné od stínících struktur a že budoucí stavby nebudou blokovat sluneční záření.
Plocha: Určete plochu lokality, abyste odhadli počet/velikost fotovoltaických panelů a naplánovali umístění invertorů, konvertorů a bateriových bank.
Zvážení střechy: Pro skloněné střechy poznamenejte úhel sklonu a použijte vhodné montážní prvky, aby bylo dosaženo maximálního slunečního záření (ideálně kolmo k panelům).
Trasa kabelů: Naplánujte trasy kabelů (spojení invertoru, bateriové banky, řídící jednotky nabití a fotovoltaického pole), abyste minimalizovali spotřebu kabelů a padnutí napětí, vyvažujíce efektivitu a náklady.
Posouzení zdroje sluneční energie:
Data o oslunění: Měřte nebo získejte (z meteorologických stanic) přijatou sluneční energii, buď v kilowatt hodinách na metr čtvereční za den (kWh/m²/den) nebo v denních hodinách s maximálním slunečním zářením (PSH, hodiny s průměrnou intenzitou 1000 W/m²).
Klíčový ukazatel: Použijte PSH pro zjednodušené výpočty (odlište od „průměrných hodin slunce“, které reflektují dobu trvání, nikoli energii). Použijte nejnižší měsíční průměrné oslunění, aby byla zajištěna spolehlivost systému během období s nízkým osluněním.
Zvážení pro samostatné fotovoltaické systémy
1. Výpočet energetické spotřeby
Velikost systému závisí na spotřebě zátěže, která se vypočítá takto:
Denní energetická spotřeba (Wh) = Součet (výkon spotřebiče ve wattech × denní provozní doba).
Použijte nejvyšší denní spotřebu, abyste vyrovnali spolehlivost a náklady (zajišťuje fungování během vrcholové spotřeby, i když to zvyšuje náklady systému).
2. Rozměrování invertoru a řídící jednotky nabití
Inverzor: O 25% vyšší než celková zátěž (pro započtení ztrát).
Příklad: Pro zátěž 2400W je potřeba inverzor 3000W (2400W × 1.25).
Řídící jednotka nabití: Proudové označení = 125% krátkozavředého proudu fotovoltaického panelu (bezpečnostní faktor).
Příklad: 4 panely s krátkozavředým proudem 10A vyžadují kontrolér 50A (4×10A ×1.25).
Poznámka: MPPT kontroléry sledují specifikace výrobce.
3. Denní energie pro inverzor
Zohledněte efektivitu inverzoru (např. 90%):
4. Systémové napětí
Určeno napětím baterie (typicky 12V, 24V atd.), kde vyšší napětí snižuje ztráty na kabele. Příklad: 24V systém.
5. Rozměrování baterie
Klíčové parametry: hloubka výpěrky (DOD), autonomní dny a systémové napětí.
Užitná kapacita = Kapacita baterie Ah × DOD.
Požadovaná kapacita nabití = Energie z baterie / systémové napětí.
Příklad: 3000Wh z baterie v 24V systému → požadováno 125Ah.
Pro 12V, 100Ah baterie (70% DOD):
Počet baterií = 125Ah / (100Ah × 0.7) ≈ 2 (zaokrouhleno nahoru).
Spojte 2 baterie v sérii, aby bylo dosaženo systémového napětí 24V.
Celkem tedy bude čtyři baterie 12 V, 100 Ah. Dvě spojené v sérii a dvě spojené paralelně. Požadovaná kapacita baterií lze najít pomocí následujícího vzorce.
Rozměrování fotovoltaického pole
Celková kapacita fotovoltaického pole (W): Vypočítána pomocí nejnižších denních hodin s maximálním slunečním zářením (nebo Faktor generace panelu, PFG) a denní energetické spotřeby:
Celkové Wₚₑₐₖ = (Denní energetická spotřeba (Wh) / PFG) × 1.25 (faktor pro ztráty).
Počet modulů: Celkové Wₚₑₐₖ vydělte výkonem jednoho panelu (např. 160W).
Příklad: Pro denní spotřebu 3000Wh a PFG = 3.2, celkové Wₚₑₐₖ = 3000 / 3.2 ≈ 931W. S panelem 160W jsou potřeba 6 modulů (931 / 160 ≈ 5.8, zaokrouhleno nahoru).
Faktory ztrát (pro úpravu PFG): Zahrnují úhel dopadu slunečního záření (5%), nepřítomnost maximálního bodu moci (10%, vynecháno pro MPPT), znečištění (5%), stárnutí (10%) a vysokou teplotu (>25°C, 15%).
Rozměrování kabelů
Klíčové zvážení: Průchodová kapacita, minimální padnutí napětí (<2%), odporové ztráty, odolnost proti povětrnosti (vodě a UV).
Vzorec pro plošný obsah:
A = (ρ × Iₘ × L / VD) × 2
(ρ = odpor, Iₘ = maximální proud, L = délka kabelu, VD = povolené padnutí napětí).
Vyvážení: Vyhněte se podměření (energetické ztráty/nedostatky) nebo přeměření (nákladová neefektivita). Použijte vhodné pojistky a konektory.
