Kako dizajnirati i instalirati samostojeći solarni fotovoltački sustav

Dizajn i instalacija solarnih fotovoltačkih sustava

Suvremeno društvo ovisi o energiji za svakodnevne potrebe poput industrije, grijanja, prijevoza i poljoprivrede, većinom ispunjene nesnovima ( ugljen, nafta, plin). Međutim, ove suzbijaju okoliš, nejednaki su

raspoređeni i suočavaju se s fluktuacijama cijena zbog ograničenih rezervi - što povećava potražnju za obnovljivom energijom.

Solarna energija, obilna i sposobna ispuniti globalne potrebe, ističe se. Samostojeći fotovoltački sustavi (Slika 1) nude energetsku neovisnost od javnih usluga. U nastavku je pregled njihovog planiranja, dizajna i instalacije za proizvodnju električne energije.

Planiranje samostojećeg fotovoltačkog sustava
Procjena i istraživanje lokacije:

• Smanjenje senke: Osigurajte da je mjesto instalacije (krov ili tlo) slobodno od struktura koje stvaraju senku, te da buduće građevine neće blokirati sunčevu radijaciju.

• Površina: Odredite površinu lokacije kako biste procijenili broj/veličinu fotovoltačkih panela, te planirali smještaj invertera, pretvarača i baterijskih banka.

• Razmatranja krova: Za nagibne krove, zabilježite kut nagiba i koristite odgovarajuće montaže kako biste maksimizirali sunčevu incidenciju (idejalno okomito na panele).

• Smjer kabliranja: Planirajte rute za kable (koji spajaju inverter, baterijsku banku, upravljač napona i fotovoltački niz) kako biste smanjili korištenje kablova i pad napona, balansirajući učinkovitost i troškove.

Procjena resursa solarnih energija:

• Podaci o insolaciji: Izmjerite ili dobijte (s meteoroloških postaja) primljenu solarnu energiju, koristeći kilovatsat po kvadratnom metru dnevno (kWh/m²/dan) ili dnevne vrhunske satnice Sunca (PSH, sate sa prosječnom irradijancijom od 1000 W/m²).

• Ključni pokazatelj: Koristite PSH za pojednostavljene izračune (razlikujte od "prosjeka sati suncanog sjajanja," koji odražava trajanje umjesto energije). Usvojite najniži mjesečni prosjek insolacije kako biste osigurali pouzdanost sustava tijekom razdoblja niske sunčeve aktivnosti.

Razmatranja za samostojeće fotovoltačke sustave
1. Izračun potrebe za energijom

Veličina sustava ovisi o potrazi, koja se izračunava kao:

• Dnevna potreba za energijom (Wh) = Zbroj (snaga uređaja u vatima × dnevno radno vrijeme).

• Koristite najveću dnevnu potrebu kako biste izjednačili pouzdanost i troškove (osigurava rad tijekom vrhunskog korištenja, iako to povećava troškove sustava).

2. Dimenzioniranje invertera i upravljača napona

• Inverter: Ocjena 25% više od ukupnog opterećenja (da bi se uzela u obzir gubitci).
  Primjer: Za opterećenje od 2400W, potreban je inverter od 3000W (2400W × 1.25).

• Upravljač napona: Struja ocjene = 125% struje kratkog spoja fotovoltačkih panela (faktor sigurnosti).
  Primjer: 4 panela s 10A strujom kratkog spoja zahtijevaju kontroler od 50A (4×10A ×1.25).
  Napomena: MPPT kontroleri prate specifikacije proizvođača.

3. Dnevna energija za inverter

Uzmite u obzir učinkovitost invertera (npr., 90%):

• Energija isporučena baterijom inverteru = Ukupna energija opterećenja / učinkovitost.
  Primjer: Opterećenje od 2700Wh → 3000Wh (2700 / 0.9) iz baterije.

4. Sustavni napon

Određen naponom baterije (obično 12V, 24V itd.), gdje viši naponi smanjuju gubitke kablova. Primjer: 24V sustav.

5. Dimenzioniranje baterija

Ključni parametri: dubina razrjeđenja (DOD), autonomske dane i sustavni napon.

• Korištena kapacitet = Ah baterije × DOD.

• Potrebna kapacitet punjenja = Energija iz baterije / sustavni napon.
  Primjer: 3000Wh iz baterije u 24V sustavu → potrebno 125Ah.

• Za 12V, 100Ah baterije (70% DOD):

• Broj baterija = 125Ah / (100Ah × 0.7) ≈ 2 (zaokruženo prema gore).

• Spojite 2 baterije u seriju kako biste postigli 24V sustavni napon.

Stoga, ukupno će biti četiri baterije od 12 V, 100 Ah. Dvije spojene u seriju i dvije spojene paralelno. Također, potrebna kapacitet baterija može se pronaći sljedećom formulom.

Dimenzioniranje fotovoltačkog niza

• Ukupna kapacitet fotovoltačkog niza (W): Izračunata koristeći najniže dnevne vrhunske satnice Sunca (ili Faktor generacije panela, PFG) i dnevnu potrebu za energijom:
  Ukupno Wₚₑₐₖ = (Dnevna potreba za energijom (Wh) / PFG) × 1.25 (faktor skaliranja za gubitke).

• Broj modula: Podijelite ukupno Wₚₑₐₖ s nominalnom snagom jednog panela (npr., 160W).

  Primjer: Za dnevnu potrebu od 3000Wh i PFG = 3.2, ukupno Wₚₑₐₖ = 3000 / 3.2 ≈ 931W. Sa 160W panelima, potrebno je 6 modula (931 / 160 ≈ 5.8, zaokruženo prema gore).

• Faktori gubitaka (za prilagodbu PFG): Uključuju kut svjetlosti (5%), nepromjenjive točke maksimalne snage (10%, isključeno za MPPT), prljavštinu (5%), starenje (10%) i visoku temperaturu (>25°C, 15%).

Dimenzioniranje kablova

• Ključna razmatranja: Kapacitet struje, minimalan pad napona (<2%), gubitci otpora, otpornost na vremenske uvjete (vodootporni/UV-otporni).

• Formula površine presjeka:
  A = (&rho; &times; Iₘ &times; L / VD) &times; 2
  (&rho; = otpornost, Iₘ = maksimalna struja, L = duljina kabela, VD = dopušten pad napona).

• Balans: Izbjegavajte premanjenu dimenziju (gubitak energije/nesreće) ili preveliku dimenziju (neefikasnost troškova). Koristite odgovarajuće prekidnike struje i konektore.