Ontwerp en installatie van zonnepanelenystemen
De moderne samenleving is afhankelijk van energie voor dagelijkse behoeften zoals industrie, verwarming, vervoer en landbouw, die grotendeels worden vervuld door niet-hernieuwbare bronnen (steenkol, olie, gas). Deze veroorzaken echter milieuschade, zijn ongelijkmatig verdeeld en hebben prijsvolatiliteit vanwege beperkte reserves, wat de vraag naar hernieuwbare energie stimuleert.
Zonne-energie, overvloedig en in staat om de wereldwijde behoeften te vervullen, steekt uit. Standalone PV-systemen (Fig 1) bieden energie-onafhankelijkheid van nutsbedrijven. Hieronder volgt een overzicht van het plannen, ontwerpen en installeren ervan voor elektriciteitsopwekking.
Plannen van een standalone PV-systeem
Terreinbeoordeling & survey:
Schaduwminimisering: Zorg ervoor dat de installatielocatie (dak of grond) vrij is van schaduwstructuren en dat toekomstige bouwwerken geen zonnestraling blokkeren.
Oppervlakte: Bepaal de oppervlakte van de locatie om het aantal/grootte van de PV-panelen te schatten, en plan de plaatsing voor omzetters, converters en batterijpakketten.
Dakoverwegingen: Voor hellende daken, noteer de hellingshoek en gebruik geschikte montage om de zonnestraling te maximaliseren (ideaal loodrecht op de panelen).
Kabelrouting: Plan routes voor kabels (die de omvormer, batterijbank, ladingcontroller en PV-array verbinden) om de kabelgebruik en spanningdaling te minimaliseren, efficiëntie en kosten in balans houdend.
Beoordeling van zonne-energiebron:
Insolatiedata: Meet of verkrijg (van meteorologische stations) de ontvangen zonne-energie, uitgedrukt in kilowattuur per vierkante meter per dag (kWh/m²/dag) of dagelijkse piekzonuren (PSH, uren met gemiddelde stralingsintensiteit van 1000 W/m²).
Belangrijkste meetwaarde: Gebruik PSH voor vereenvoudigde berekeningen (onderscheid van "gemiddelde zonneschijnuren", die de duur weergeeft in plaats van energie). Neem de laagste maandelijkse gemiddelde insolatie aan om de betrouwbaarheid van het systeem tijdens periodes met weinig zonlicht te waarborgen.
Overwegingen voor standalone PV-systemen
1. Berekening van energiebehoefte
De grootte van het systeem hangt af van de belastingsvraag, berekend als:
Dagelijkse energiebehoefte (Wh) = Som van (vermogen van apparaat in watt × dagelijkse bedrijfsuren).
Gebruik de hoogste dagelijkse behoefte om betrouwbaarheid en kosten in balans te brengen (zorgt voor werking tijdens piekgebruik, hoewel dit de systeemkosten verhoogt).
2. Grootte van omvormer & ladingcontroller
Omvormer: 25% hoger dan de totale belasting (om verliezen te compenseren).
Voorbeeld: Voor een belasting van 2400W is een 3000W omvormer (2400W × 1.25) nodig.
Ladingcontroller: Stroomrating = 125% van de kortsluitstroom van de PV-panelen (veiligheidsfactor).
Voorbeeld: 4 panelen met 10A kortsluitstroom vereisen een 50A controller (4×10A ×1.25).
Opmerking: MPPT-regelaars volgen de specificaties van de fabrikant.
3. Dagelijkse energie naar omvormer
Rekening houdend met de efficiëntie van de omvormer (bijv. 90%):
4. Systeemspanning
Bepaald door de batterijspanning (meestal 12V, 24V, etc.), waarbij hogere spanningen de kabelverlies verminderen. Voorbeeld: 24V systeem.
5. Batterijgrootte
Belangrijke parameters: diepte van ontlading (DOD), autonomiedagen en systeemsnelheid.
Bruikbare capaciteit = Batterij Ah × DOD.
Benodigde ladingcapaciteit = Energie van de batterij / systeemsnelheid.
Voorbeeld: 3000Wh van de batterij in een 24V systeem → 125Ah benodigd.
Voor 12V, 100Ah batterijen (70% DOD):
Dus in totaal zal er vier batterijen van 12 V, 100 Ah zijn. Twee verbonden in serie en twee verbonden parallel. Ook kan de benodigde capaciteit van de batterijen gevonden worden door de volgende formule.
Grootte van de PV-array
Totale capaciteit van de PV-array (W): Berekend met de laagste dagelijkse piekzonuren (of Panel Generation Factor, PFG) en de dagelijkse energiebehoefte:
Totaal Wₚₑₐₖ = (Dagelijkse energiebehoefte (Wh) / PFG) × 1.25 (schalingfactor voor verliezen).
Aantal modules: Deel totaal Wₚₑₐₖ door het vermogen van een enkel paneel (bijv. 160W).
Voorbeeld: Voor een dagelijkse behoefte van 3000Wh en PFG = 3.2, totaal Wₚₑₐₖ = 3000 / 3.2 ≈ 931W. Met 160W panelen zijn 6 modules nodig (931 / 160 ≈ 5.8, afgerond).
Verliesfactoren (om PFG aan te passen): Inclusief zonlichthoek (5%), niet-maximaal machtpunt (10%, uitgesloten voor MPPT), vuil (5%), ouderdom (10%) en hoge temperatuur (>25°C, 15%).
Grootte van de kabels
Belangrijkste overwegingen: stroomcapaciteit, minimale spanningdaling (<2%), weerstandsverliezen, weerbestendigheid (water/UV-bestendig).
Formule voor doorsnede:
A = (ρ × Iₘ × L / VD) × 2
(ρ = weerstand, Iₘ = maximale stroom, L = kabellengte, VD = toegestane spanningdaling).
Balans: Vermijd onderdimensionering (energieverlies/ongevallen) of overdimensionering (kostenefficiëntie). Gebruik gepaste circuitbrekers en connectors.
