Hvordan designe og installere en selvstændig solcelleanlæg?

Design og Installation af Solcelleanlæg

Det moderne samfund er afhængigt af energi til daglige behov som industri, opvarmning, transport og landbrug, der fortrinsvis dekkes af ikke-fornyelige kilder (kul, olie, gas). Disse kilder forårsager dog miljøskade, er ulige fordelt og udsat for prisvolatilitet på grund af begrænsede reserver – hvilket skaber efterspørgsel efter vedvarende energi.

Solenergi, der er rigelig og i stand til at møde globale behov, står ud. Selvforsynende PV-systemer (Figur 1) giver energiuafhængighed fra utilities. Nedenfor følger en oversigt over planlægning, design og installation af disse systemer for elektricitetsproduktion.

Planlægning af et Selvforsynende PV-System
Stedsvurdering & Måling:

• Skygge Minimering: Sørg for, at installationsstedet (tag eller jord) er fri for skyggende strukturer, og at ingen fremtidige konstruktioner vil blokere solstråling.

• Overfladeareal: Bestem stedets areal for at estimere antallet/størrelsen af PV-paneller, og planlæg placeringen af invertere, konvertere og batteribanker.

• Tag Overvejelser: For hældede tag, noter hældningsvinklen og brug passende montering for at maksimere solindfald (ideelt vinkelret på paneller).

• Kabelruting: Planlæg ruter for kabler (som forbinder inverter, batteribank, opladningsstyring og PV-array) for at minimere kabelforbrug og spændingsfald, med henblik på effektivitet og omkostninger.

Vurdering af Solenergiressourcer:

• Insolation Data: Mål eller få (fra meteorologiske stationer) den modtagne solenergi, enten i kilowatttimer per kvadratmeter pr. dag (kWh/m²/dag) eller daglige Peak Sun Hours (PSH, timer med gennemsnitlig strålingsintensitet på 1000 W/m²).

• Nøglemetric: Brug PSH for forenklet beregning (adskiller sig fra "gennemsnitlige soltimer", som angiver varighed snarere end energi). Anvend den laveste månedlige gennemsnitsinsolation for at sikre systemets pålidelighed under lavsolperioder.

Overvejelser for Selvforsynende PV-Systemer
1. Beregning af Energiforbrug

Systemets størrelse afhænger af belastningsbehov, beregnet som:

• Dagligt energiforbrug (Wh) = Summen af (apparatets effekt i watt × daglige driftstimer).

• Brug det højeste daglige forbrug for at balancere pålidelighed og omkostninger (sikrer drift under topforbrug, selvom dette øger systemets omkostninger).

2. Størrelse på Inverter & Opladningsstyring

• Inverter: Klassificeret 25% højere end total belastning (for at tage højde for tab).
  Eksempel: For en 2400W-belastning er en 3000W-inverter (2400W × 1.25) nødvendig.

• Opladningsstyring: Strømklasse = 125% af PV-panellernes kortslutningsstrøm (sikkerhedsfaktor).
  Eksempel: 4 paneler med 10A kortslutningsstrøm kræver en 50A-styring (4×10A ×1.25).
  Note: MPPT-styringer følger producentens specifikationer.

3. Daglig Energi til Inverter

Tager højde for invertereffektivitet (f.eks. 90%):

• Energi leveret fra batteri til inverter = Total belastning / effektivitet.
  Eksempel: 2700Wh-belastning → 3000Wh (2700 / 0.9) fra batteri.

4. Systemspænding

Fastsat af batterispænding (typisk 12V, 24V osv.), hvor højere spændinger reducerer kabletab. Eksempel: 24V-system.

5. Batteristørrelse

Nøgleparametre: dybde af udladning (DOD), autonomidage og systemspænding.

• Brugbar kapacitet = Batteri Ah × DOD.

• Krævet opladningskapacitet = Energi fra batteri / systemspænding.
  Eksempel: 3000Wh fra batteri i et 24V-system → 125Ah nødvendigt.

• For 12V, 100Ah-batterier (70% DOD):

• Antal batterier = 125Ah / (100Ah × 0.7) ≈ 2 (rundet op).

• Forbind 2 batterier i serie for at opnå 24V-systemspænding.

Dermed vil der være fire batterier på 12 V, 100 Ah i alt. To forbundet i serie og to forbundet parallelt. Den nødvendige kapacitet af batterier kan findes ved hjælp af følgende formel.

Størrelse på PV-Array

• Total PV-array kapacitet (W): Beregnet ved hjælp af de laveste daglige peak sun hours (eller Panel Generation Factor, PFG) og dagligt energiforbrug:
  Total Wₚₑₐₖ = (Dagligt energiforbrug (Wh) / PFG) × 1.25 (skaleringsfaktor for tab).

• Antal moduler: Divider total Wₚₑₐₖ med den ratede effekt af en enkelt panel (f.eks. 160W).

  Eksempel: For et 3000Wh dagligt forbrug og PFG = 3.2, total Wₚₑₐₖ = 3000 / 3.2 ≈ 931W. Med 160W-paneler er 6 moduler nødvendige (931 / 160 ≈ 5.8, rundet op).

• Tabfaktorer (for at justere PFG): Inkluder sollys vinkel (5%), ikke-max effektpunkt (10%, ekskluderet for MPPT), snavs (5%), aldring (10%) og høj temperatur (>25°C, 15%).

Størrelse på Kabler

• Nøgleovervejelser: Strømkapacitet, minimalt spændingsfald (<2%), resistive tab, vejrstandsdygtighed (vand/UV-bevidst).

• Formel for tværsnitsareal:
  A = (&rho; &times; Iₘ &times; L / VD) &times; 2
  (&rho; = resistivitet, Iₘ = maksimal strøm, L = kablelængde, VD = tilladt spændingsfald).

• Balance: Undgå undersizing (energitab/ulykker) eller oversizing (omkostningsineffektivitet). Brug passende brydere og forbindelser.