Projektowanie i instalacja systemów fotowoltaicznych
Współczesne społeczeństwo opiera się na energii do codziennych potrzeb, takich jak przemysł, ogrzewanie, transport i rolnictwo, które są głównie zaspokajane przez źródła nieodnawialne (węgiel, ropa, gaz). Jednak te źródła powodują szkody środowiskowe, są nierównomiernie
rozmieszczone i podlegają wahaniom cen ze względu na ograniczone rezerwy, co prowadzi do wzrostu popytu na energię odnawialną.
Energia słoneczna, obfita i zdolna do zaspokojenia globalnych potrzeb, wyróżnia się. Samodzielne systemy PV (Rys. 1) oferują niezależność energetyczną od operatorów. Poniżej przedstawiono przegląd ich planowania, projektowania i instalacji do generowania energii elektrycznej.
Planowanie samodzielnego systemu PV
Ocena i badanie lokalizacji:
Minimalizacja cieniowania: Upewnij się, że miejsce instalacji (dach lub ziemia) jest wolne od struktur zacieniających, a żadne przyszłe budynki nie zablokują promieniowania słonecznego.
Powierzchnia: Określ obszar lokalizacji, aby oszacować liczbę/wielkość paneli PV, i zaplanuj ułożenie odwracaczy, konwerterów i banków baterii.
Uwagi dotyczące dachu: Dla pochyłych dachów zanotuj kąt nachylenia i użyj odpowiedniego montażu, aby maksymalizować padanie promieni słonecznych (ideowo prostopadle do paneli).
Trasy kablowe: Zaplanuj trasy dla kabli (łączących odwracacz, bank baterii, regulator ładunku i tablicę PV), aby zminimalizować zużycie kabli i spadek napięcia, balansując efektywność i koszt.
Ocena zasobów energii słonecznej:
Dane o nasłonecznieniu: Zmierz lub uzyskaj (z stacji meteorologicznych) otrzymywane energię słoneczną, wykorzystując kilowatogodziny na metr kwadratowy na dzień (kWh/m²/dzień) lub dzienny czas słońca (PSH, godziny z średnią natężeniem 1000 W/m²).
Kluczowy wskaźnik: Użyj PSH do uproszczonych obliczeń (różnicujący się od "średniej liczby godzin słonecznych", która odzwierciedla czas, a nie energię). Przyjmij najniższą miesięczną średnią nasłonecznienie, aby zapewnić niezawodność systemu w okresach małej ilości słońca.
Uwagi dotyczące samodzielnych systemów PV
1. Obliczenie zapotrzebowania na energię
Rozmiar systemu zależy od zapotrzebowania na obciążenie, obliczanego jako:
Codzienne zapotrzebowanie na energię (Wh) = Suma (mocy urządzenia w watcie × codzienna liczba godzin działania).
Użyj najwyższego dziennego zapotrzebowania, aby zbilansować niezawodność i koszt (zapewnia działanie w okresach maksymalnego użytkowania, choć to zwiększa koszt systemu).
2. Rozmiar odwracacza i regulatora ładunku
Odwracacz: Oceniany 25% wyżej niż całkowite obciążenie (ze względu na straty).
Przykład: Dla obciążenia 2400W potrzebny jest odwracacz 3000W (2400W × 1.25).
Regulator ładunku: Prąd nominalny = 125% prądu krótkiego zastępczego paneli PV (wskaźnik bezpieczeństwa).
Przykład: 4 panele o prądzie krótkiego zastępczego 10A wymagają kontrolera 50A (4×10A ×1.25).
Uwaga: Kontrolery MPPT podlegają specyfikacjom producenta.
3. Codzienna energia do odwracacza
Zakładając wydajność odwracacza (np. 90%):
4. Napięcie systemu
Określone przez napięcie baterii (zazwyczaj 12V, 24V itp.), gdzie wyższe napięcia zmniejszają straty w kablu. Przykład: System 24V.
5. Rozmiar baterii
Kluczowe parametry: głębokość rozładowania (DOD), dni autonomiczności i napięcie systemu.
Przydatna pojemność = Pojemność Ah baterii × DOD.
Wymagana pojemność ładowania = Energia z baterii / napięcie systemu.
Przykład: 3000Wh z baterii w systemie 24V → wymagane 125Ah.
Dla baterii 12V, 100Ah (70% DOD):
Liczba baterii = 125Ah / (100Ah × 0.7) ≈ 2 (zaokrąglone w górę).
Połącz 2 baterie szeregowo, aby osiągnąć napięcie systemu 24V.
Więc, w sumie będzie cztery baterie 12 V, 100 Ah. Dwie połączone szeregowo i dwie równolegle. Wymagana pojemność baterii można znaleźć za pomocą następującego wzoru.
Rozmiar tablicy PV
Całkowita moc tablicy PV (W): Obliczona przy użyciu najniższych dziennych godzin szczytu (lub współczynnika generacji paneli, PFG) i dziennego zapotrzebowania na energię:
Całkowita Wₚₑₐₖ = (Dzienna energia zapotrzebowania (Wh) / PFG) × 1.25 (współczynnik skalowania dla strat).
Liczba modułów: Podziel całkowitą Wₚₑₐₖ przez moc nominalną pojedynczego panela (np. 160W).
Przykład: Dla dziennego zapotrzebowania 3000Wh i PFG = 3.2, całkowita Wₚₑₐₖ = 3000 / 3.2 ≈ 931W. Z panelami 160W potrzebne są 6 modułów (931 / 160 ≈ 5.8, zaokrąglone w górę).
Czynniki strat (do dostosowania PFG): Włącznie z kątem padania światła (5%), punktem nie-maksymalnej mocy (10%, wykluczone dla MPPT), brudem (5%), starzeniem (10%) i wysoką temperaturą (>25°C, 15%).
Rozmiar kabli
Kluczowe zagadnienia: Pojemność prądowa, minimalny spadek napięcia (<2%), straty rezystywne, odporność na warunki atmosferyczne (odporność na wodę/UV).
Wzór na przekrój poprzeczny:
A = (ρ × Iₘ × L / VD) × 2
(ρ = rezystywność, Iₘ = maksymalny prąd, L = długość kabla, VD = dopuszczalny spadek napięcia).
Balans: Unikaj niedopasowania (straty energii/wypadki) lub nadmiernego rozmiaru (nieefektywność kosztowa). Używaj odpowiednich wyłączników i konektorów.
