Design and Installation of Solar PV Systems
Det moderne samfunn er avhengig av energi for daglige behov som industri, oppvarming, transport og landbruk, mest dekket av fornybare kilder (kul, olje, gass). Disse kildene skaper imidlertid miljøskade, er ujevnt fordelt og påvirkes av prisvolatilitet på grunn av begrenset reserver— noe som driver etterspørselen etter fornybar energi.
Solenergi, rikelig og i stand til å møte globale behov, står ut. Autonome solcelleanlegg (Figur 1) gir energiselvhverv fra nett. Her følger en oversikt over planlegging, design og installasjon for elektrisitetsproduksjon.
Planlegging av et autonome solcelleanlegg
Stedsvurdering & undersøkelse:
Skugge-minimering: Sørg for at installasjonsstedet (tak eller bakken) er fritt for skuggegivende strukturer, og at fremtidige bygninger ikke vil blokkere solstråling.
Overflateareal: Bestem stedets areal for å estimere antall/størrelse av solceller, og planlegg plassering for invertere, konvertere og batteribank.
Takoverveielser: For helnettede tak, noter helningen og bruk passende montering for å maksimere solinndeling (ideelt vinkelrett på panelene).
Kabelruting: Planlegg ruter for kabler (som forbinder inverter, batteribank, ladekontroller og solcellearray) for å minimere kablebruk og spenningstap, balanserer effektivitet og kostnad.
Vurdering av solenergiressurs:
Insolasjonsdata: Mål eller hent (fra meteorologiske stasjoner) mottatt solenergi, enten i kilowatttimer per kvadratmeter per dag (kWh/m²/dag) eller daglige Peak Sun Hours (PSH, timer med gjennomsnittlig strålingsintensitet på 1000 W/m²).
Nøkkelmetrikk: Bruk PSH for forenklet beregning (skill fra "gjennomsnittlige soltime", som reflekterer varighet snarere enn energi). Velg laveste månedlige gjennomsnittsinsolasjon for å sikre systemets pålitelighet under lavsolperioder.
Overveielser for autonome solcelleanlegg
1. Beregning av energibehov
Systemstørrelsen avhenger av lastbehov, beregnet som:
Daglig energibehov (Wh) = Summen av (effektforbruk i watt × daglige driftstimer).
Bruk høyest daglige behov for å balansere pålitelighet og kostnad (sikrer drift under topptidsbruk, selv om dette øker systemkostnad).
2. Inverter- og ladekontrollerstørrelse
Inverter: Klassifisert 25% høyere enn total last (for å ta hensyn til tap).
Eksempel: For en 2400W last, trengs en 3000W inverter (2400W × 1.25).
Ladekontroller: Strømstyrke = 125% av solcelles kortslutningsstrøm (sikkerhetsfaktor).
Eksempel: 4 paneler med 10A kortslutningsstrøm krever en 50A kontroller (4×10A ×1.25).
Merk: MPPT-kontroller følger produsentens spesifikasjoner.
3. Daglig energi til inverter
Ta hensyn til inverter-effektivitet (f.eks., 90%):
4. Systemspenning
Bestemt av batterispenning (typisk 12V, 24V, etc.), med høyere spenninger som reduserer kabeltap. Eksempel: 24V-system.
5. Batteristørrelse
Nøkkelparametre: dybde av uttag (DOD), autonomidager, og systemspenning.
Brukbar kapasitet = Batteri Ah × DOD.
Påkrevd ladekapasitet = Energi fra batteri / systemspenning.
Eksempel: 3000Wh fra batteri i et 24V-system → 125Ah nødvendig.
For 12V, 100Ah batterier (70% DOD):
Så, totalt vil det være fire batterier på 12 V, 100 Ah. To koblet i serie og to koblet parallelt. Den nødvendige kapasiteten for batteriene kan også finnes ved hjelp av følgende formel.
Størrelsesbestemmelse av solcelle-array
Total solcelle-array kapasitet (W): Beregnet ved hjelp av laveste daglige peak sun hours (eller Panel Generation Factor, PFG) og daglig energibehov:
Total Wₚₑₐₖ = (Daglig energibehov (Wh) / PFG) × 1.25 (skaleringsfaktor for tap).
Antall moduler: Del total Wₚₑₐₖ med den nominelle effekten av en enkelt celle (f.eks., 160W).
Eksempel: For et 3000Wh daglig behov og PFG = 3.2, total Wₚₑₐₖ = 3000 / 3.2 ≈ 931W. Med 160W-paneler, trengs 6 moduler (931 / 160 ≈ 5.8, avrundet opp).
Tapfaktorer (for å justere PFG): Inkluder solvinkel (5%), ikke-maksimal effektpunkt (10%, ekskludert for MPPT), smuss (5%), aldring (10%) og høy temperatur (>25°C, 15%).
Størrelsesbestemmelse av kabler
Nøkkeloverveielser: Strømkapasitet, minimal spenningstap (<2%), resistive tap, værbestandighet (vann/UV-bestandig).
Formel for tverrsnittsareal:
A = (ρ × Iₘ × L / VD) × 2
(ρ = resistivitet, Iₘ = maksimal strøm, L = kabelens lengde, VD = tillatt spenningstap).
Balanser: Unngå underdimensionering (energitap/ulykker) eller overdimensionering (kostnadseffektivitet). Bruk passende sirkuitsikring og koblinger.
