Oblikovanje in namestitev sistemov fotovoltaik
Sodobno družbo za vsakodnevne potrebe, kot so industrija, ogrevanje, prevoz in kmetijstvo, pretežno zadoščajo neobnovljivi viri energije (premog, nafta, plin). Vendar pa te povzročajo okoljske škode, so neravnomerno porazdeljene in soočajo s ceno negotovosti zaradi omejenih rezerv – kar povečuje povpraševanje po obnovljivih virih energije.
Sončna energija, obilna in sposobna zadostiti globalnim potrebam, se izstopa. Samostojni sistemi fotovoltaik (Slika 1) ponujajo neodvisnost od javnih električnih omrežij. Spodaj je pregled njihovega načrtovanja, oblikovanja in namestitve za proizvodnjo električne energije.
Načrtovanje samostojnega sistema fotovoltaik
Ocenjevanje in preverjanje lokacije:
Zmanjšanje senca: Zagotovite, da je lokacija namestitve (streha ali tla) brez senčnih struktur in da bodo prihodnji gradbeni projekti ne bodo blokirali sončne radiacije.
Površina: Določite površino lokacije za ocenjevanje števila/velikosti panele fotovoltaik in načrtovanje razporeditve pretvorbnikov, konverterjev in akumulatorskih bank.
Razmisli o strehah: Za naklonjene strehe opazite kot naklona in uporabite ustrezno montažo, da se maksimizira sončna incidencija (idejalno pravokotno na panoge).
Usmerjanje kabl: Načrtujte poti za kablove (povezave pretvorbnika, akumulatorske banke, nadzornika nabiranja in polja fotovoltaik), da se zmanjša uporaba kablov in padec napetosti, ravnotežje učinkovitosti in stroškov.
Ocenjevanje sončnih virov:
Podatki o insolaciji: Merite ali pridobite (s meteoroloških postaj) prejeto sončno energijo, uporabljajte kilovaturne ure na kvadratni meter na dan (kWh/m²/day) ali dnevne vrhunske sončne ure (PSH, ure s povprečno radiacijo 1000 W/m²).
Ključni merilo: Uporabite PSH za poenostavljene izračune (razlikujte od "povprečnih sončnih ur," ki odražajo trajanje namesto energije). Uvedite najnižjo mesecno povprečno insolacijo, da zagotovite zanesljivost sistema med obdobji nizke sončnosti.
Razmisli o samostojnih sistemih fotovoltaik
1. Izračun povpraševanja po energiji
Velikost sistema je odvisna od povpraševanja po obremenitvi, izračunana kot:
Dnevno povpraševanje po energiji (Wh) = Seštevek (moč aparata v vatih × dnevne delovne ure).
Uporabite najvišje dnevno povpraševanje, da se uravnoteži zanesljivost in stroški (zagotavlja delovanje med vrhunskim uporabo, čeprav to poveča stroške sistema).
2. Velikost pretvorbnika in nadzornika nabiranja
Pretvorbnik: Ocenjen 25% večji od skupne obremenitve (za račun odsotnosti).
Primer: Za obremenitev 2400W je potreben 3000W pretvorbnik (2400W × 1.25).
Nadzornik nabiranja: Trenutna ocena = 125% kratkoročne toka panele fotovoltaik (varnostni faktor).
Primer: 4 panele s kratkoročnim tokom 10A zahtevajo 50A nadzornik (4×10A ×1.25).
Opomba: MPPT nadzorniki sledijo specifikacijam proizvajalca.
3. Dnevna energija do pretvorbnika
Razmislite o učinkovitosti pretvorbnika (npr., 90%):
4. Sistemski napetost
Določena z napetostjo akumulatorja (običajno 12V, 24V itd.), z višjimi napetostmi se zmanjša izguba v kablju. Primer: 24V sistem.
5. Velikost akumulatorja
Ključni parametri: globina razpoložljivega kapaciteta (DOD), dni avtonomnosti in sistemsko napetost.
Uporabljiva kapaciteta = Ah akumulatorja × DOD.
Zahtevana kapaciteta nabiranja = Energija iz akumulatorja / sistemsko napetost.
Primer: 3000Wh iz akumulatorja v 24V sistemu → zahtevani 125Ah.
Za 12V, 100Ah akumulatorje (70% DOD):
Število akumulatorjev = 125Ah / (100Ah × 0.7) ≈ 2 (zaokroženo navzgor).
Povežite 2 akumulatorja v zaporedje, da dosežete 24V sistemsko napetost.
Torej, celotno bo štiri akumulatorje 12 V, 100 Ah. Dva povezana v zaporedje in dva v vzpored.
Velikost polja fotovoltaik
Skupna zmogljivost polja fotovoltaik (W): Izračunana z uporabo najnižjih dnevne vrhunske sončne ure (ali Faktor generiranja panela, PFG) in dnevno povpraševanje po energiji:
Skupna Wₚₑₐₖ = (Dnevno povpraševanje po energiji (Wh) / PFG) × 1.25 (faktor skaliranja za izgube).
Število modulov: Delite skupno Wₚₑₐₖ z oceno moči enega panela (npr., 160W).
Primer: Za dnevno povpraševanje 3000Wh in PFG = 3.2, skupna Wₚₑₐₖ = 3000 / 3.2 ≈ 931W. Z 160W paneli, potrebni so 6 modulov (931 / 160 ≈ 5.8, zaokroženo navzgor).
Faktori izgub (za prilagoditev PFG): Vključujejo kot svetlobe (5%), ne-maksimalno točko moči (10%, izključeno za MPPT), onesnaženost (5%), staranje (10%) in visoko temperaturo (>25°C, 15%).
Velikost kablov
Ključni razmisli: Kapaciteta toka, minimalen padec napetosti (<2%), uporni izgubi, odpornost na vremenske razmere (voda/UV črnilo).
Formula presečne površine:
A = (ρ × Iₘ × L / VD) × 2
(ρ = upornost, Iₘ = maksimalni tok, L = dolžina kabela, VD = dopusten padec napetosti).
Ravnovesje: Izogibajte se premajhni velikosti (izguba energije/nesreče) ali preveliki velikosti (neučinkovitost stroškov). Uporabite ustrezne preklopnike in konektorje.
