Päikese PV-süsteemide disain ja paigaldus
Moderna ühiskond sõltub energiast igapäevaste vajaduste rahuldamiseks nagu tööstus, soojendamine, transport ja põllumajandus, mida peamiselt rahuldavad taastumatud allikad (söe, nafta, gaas). Kuid need tekitavad keskkonnakahju, on ebavõrdselt jagatud ja nende hind on volatiilne piiratud varude tõttu – see suurendab taastuvenergia nõudlust.
Päikeseenergia, mis on mittepiiratud ja võimeline rahuldama globaalseid vajadusi, eristub. Iseseisvad PV-süsteemid (Vaata joonist 1) pakuvad energia sõltumatust tarbijaühingutest. Allpool on nende planeerimise, disaini ja paigalduse ülevaade elektri tootmiseks.
Iseseisva PV-süsteemi planeerimine
Asukoha hinnang & uurimine:
Varjunduse minimeerimine: Veenduge, et paigalduskoht (katuse või maapind) on vaba varjundusest ehitistest ja et tulevased ehitised ei takista päikese kiirgust.
Pindala: Määrake asukoha pindala, et hinnata PV-paneelide arvu/suurust ning plaanige inverteerijate, konverterite ja akukogumite paigutust.
Katuse kaalutlused: Nihkekatuste puhul märgige nihke nurga ja kasutage sobivat paigaldust, et maksimeerida päikesekiirguse vastuvõtmist (ideaaljuhul ristlikult paneedile).
Johtmeede planeerimine: Planeerige johtmed (inverteerija, akukogum, laetuse regulaator ja PV-massivi ühendamiseks), et minimeerida johtmete kasutust ja pingevahenemist, tasakaalustades efektiivsust ja kulua.
Päikeseenergia ressursside hinnang:
Insolaatsioonandmed: Mõõtke või saage (meteoroloogilistest jaamadest) päikeseenergia koguse, kasutades kilowatt-tunde ruutmeetri kohta päevas (kWh/m²/päev) või päevaseid Päikese Tipp-Punktide Tunde (PSH, tunnid, kus keskmine kiirgavus on 1000 W/m²).
Peamine meetrik: Kasutage PSH lihtsustatud arvutuste jaoks (erista "keskmine päikesepäev", mis viitab kestusele mitte energiale). Võtke kasutusele madalaim kuulikuteeskonna insolaatsioon, et tagada süsteemi usaldusväärsus vähekiirgava perioodiga.
Iseseisva PV-süsteemi kaalutlused
1. Energianõudluse arvutus
Süsteemi suurus sõltub laadimise nõudlusest, mis arvutatakse järgmiselt:
Päevane energianõudlus (Wh) = Summa (seadme võimsus wattides x päevane tööaeg).
Kasutage kõrgeimat päevast nõudlust, et tasakaalustada usaldusväärsust ja kulua (tagab töö käivitamisel, kuid see suurendab süsteemi maksumust).
2. Inverteerija & laetuse regulaatori suuruse määramine
Inverteerija: Hinnata 25% kõrgemalt kui kogu laadimine (kaalus kadud).
Näide: 2400W laadimise korral on vaja 3000W inverteerijat (2400W x 1.25).
Laetuse regulaator: Vooluarvestus = 125% PV-paneeli lühikraadi voolust (ohutusfaktor).
Näide: 4 paneelit 10A lühikraadi vooluga nõuab 50A regulaatorit (4x10A x 1.25).
Märkus: MPPT regulaatorid järgivad tootja spetsifikatsioone.
3. Päevane energia inverteerijale
Arvestage inverteerija efektiivsust (nt 90%):
4. Süsteemi pingeline
Määratakse akupingega (tavaliselt 12V, 24V jne.), kõrgemad pinged vähendavad johtmeede kadu. Näide: 24V süsteem.
5. Akude suuruse määramine
Olulised parameetrid: tühjendamise sügavus (DOD), autonoomiad päevad ja süsteemi pingeline.
Kasutatav kapasiteet = Akku Ah x DOD.
Vajalik laetav kapasiteet = Energia akust / süsteemi pingeline.
Näide: 3000Wh akust 24V süsteemis → 125Ah vajalik.
12V, 100Ah akud (70% DOD):
Akude arv = 125Ah / (100Ah x 0.7) ≈ 2 (ümardatud ülespoole).
Ühendage 2 akut saritsena, et saavutada 24V süsteemipinge.
Seega, kokku on neli 12 V, 100 Ah aku. Kaks ühendatud saritsena ja kaks paralleelsena. Akude vajaliku kapasiteedi saab leida järgmise valemiga.
PV-massivi suuruse määramine
Kokku PV-massivi võimsus (W): Arvutatakse madalaima päevase pikiirguse tundi (või Paneeli Genereerimise Faktor, PFG) ja päevase energianõudlusega:
Kokku W_peak = (Päevane energianõudlus (Wh) / PFG) x 1.25 (kaalus kadud).
Moduleeride arv: Jagage kokku W_peak ühe paneeli niminaalsete võimsusega (nt 160W).
Näide: 3000Wh päevane nõudlus ja PFG = 3.2, kokku W_peak = 3000 / 3.2 ≈ 931W. 160W paneelidega on vaja 6 module (931 / 160 ≈ 5.8, ümardatud ülespoole).
Kadufaktorid (PFG korrigeerimiseks): Sisuvalguse nurk (5%), mitte-maximaalne võimsuspunkt (10%, välja arvatud MPPT), likveer (5%), vananemine (10%) ja kõrge temperatuur (>25°C, 15%).
Johtmeede suuruse määramine
Olulised kaalutlused: voolu võime, minimaalne pingevahenemine (<2%), vastupidavus (vee/UV-kaitstud).
Ristliku pindala valem:
A = (ρ x I_m x L / VD) x 2
(ρ = vastupanuvõime, I_m = maksimaalne vool, L = johtmeede pikkus, VD = lubatud pingevahenemine).
Tasakaal: Vältige alamõõtmist (energiakadu/onnetused) või ülemõõtmist (kuluefektsivus). Kasutage sobivaid lülitikke ja ühendusosade.
