Dizajn i instalacija fotovoltaičkih sistema
Savremeno društvo se oslanja na energiju za svakodnevne potrebe poput industrije, grejanja, prevoza i poljoprivrede, većinom ispunjene neobnovljivim izvorima ( ugljem, naftom, plinom). Međutim, ovi izvori prouzrokuju štetu životnoj sredini, nisu ravnomerno raspoređeni i suočavaju se sa fluktuacijama cena zbog ograničenih rezervi – što povećava potražnju za obnovljivom energijom.
Sunčeva energija, obilna i sposobna da ispuni globalne potrebe, ističe se. Samostojeći fotovoltaički sistemi (Slika 1) nude energetsku nezavisnost od javnih kompanija. Ispod je pregled njihovog planiranja, dizajna i instalacije za proizvodnju električne energije.
Planiranje samostojećeg fotovoltaičkog sistema
Procena lokacije i terensko istraživanje:
Smanjenje senke: Osigurati da mesto instalacije (krov ili tlo) bude slobodno od senčnih struktura, i da buduća konstrukcije neće blokirati sunčevu radijaciju.
Površina: Odrediti površinu lokacije kako bi se procenilo broj/veličina fotovoltaičkih panela, i planirati postavljanje invertera, pretvarača i banki baterija.
Razmatranja krova: Za nagibne krove, beležiti ugao nagiba i koristiti odgovarajuće montažne elemente kako bi se maksimizirala sunčeva incidencija (idejalno okomito na panele).
Smernice za vodove: Planirati rute za vode (koji spajaju inverter, banku baterija, upravljač napona i fotovoltaički niz) kako bi se smanjila upotreba voda i pad napona, balansirajući efikasnost i troškove.
Procena resursa sunčeve energije:
Podaci o insolaciji: Meriti ili dobiti (od meteoroloških stanica) primljenu sunčevu energiju, koristeći kilovatsate po kvadratnom metru dnevno (kWh/m²/dan) ili dnevne vrhunske suncane sate (PSH, sate sa prosečnom irradijacionom snalom od 1000 W/m²).
Ključni pokazatelj: Koristiti PSH za pojednostavljene izračune (razlikovati od "prosečnih suncanih sati", koji reflektuju trajanje umesto energije). Usvajati najniže mesecne prosečne insolacije kako bi se osigurala pouzdanost sistema tokom perioda sa niskim sunčevim zracenjem.
Razmatranja za samostojeće fotovoltaičke sisteme
1. Izračun potrebe za energijom
Veličina sistema zavisi od potrebe za opterećenjem, koja se izračunava kao:
Dnevna potreba za energijom (Wh) = Zbir (snaga uređaja u vatima × dnevne radne sate).
Koristiti najveću dnevnu potrebu kako bi se balansirala pouzdanost i troškovi (osigurava rad tokom vrhunskog korišćenja, iako to povećava troškove sistema).
2. Dimenzionisanje invertera i upravljača punjenja
Inverter: Ocenjen 25% više od ukupnog opterećenja (da se obuhvate gubitci).
Primer: Za opterećenje od 2400W, potreban je inverter od 3000W (2400W × 1.25).
Upravljač punjenja: Struja = 125% struje kratkog spoja fotovoltaičnih panela (faktor bezbednosti).
Primer: 4 panela sa strujom kratkog spoja od 10A zahtevaju kontroler od 50A (4×10A ×1.25).
Napomena: MPPT kontroleri slijede specifikacije proizvođača.
3. Dnevna energija za inverter
Računati efikasnost invertera (npr., 90%):
4. Sistemski napon
Određen naponom baterije (obično 12V, 24V, itd.), pri čemu viši naponi smanjuju gubitke na vodovima. Primer: 24V sistem.
5. Dimenzionisanje baterija
Ključni parametri: dubina razrađivanja (DOD), autonomske dane i sistemski napon.
Korišćena kapacitet = Kapacitet baterije Ah × DOD.
Potrebna kapacitet punjenja = Energija iz baterije / sistemski napon.
Primer: 3000Wh iz baterije u 24V sistemu → potrebno 125Ah.
Za 12V, 100Ah baterije (70% DOD):
Tako, ukupno će biti četiri baterije od 12 V, 100 Ah. Dve su povezane u seriju i dve u paralelu. Takođe, potrebna kapacitet baterija može se pronaći pomoću sledeće formule.
Dimenzionisanje fotovoltaičkog niza
Ukupna kapacitet fotovoltaičkog niza (W): Izračunata koristeći najniže dnevne vrhunske suncane sate (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: Podeliti ukupno Wₚₑₐₖ sa nominisanim snagom jednog panela (npr., 160W).
Primer: 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 nagore).
Faktori gubitaka (za prilagođavanje PFG): Uključuju ugao sunčevog zracenja (5%), nedostatak maksimalne tačke snage (10%, isključeno za MPPT), prljavštinu (5%), starenje (10%) i visoku temperaturu (>25°C, 15%).
Dimenzionisanje vodova
Ključna razmatranja: Kapacitet struje, minimalan pad napona (<2%), gubitci otpora, otpornost na vremenske uvjete (vodomjerne/UV otporne).
Formula za presječnu površinu:
A = (ρ × Iₘ × L / VD) × 2
(ρ = specificni otpor, Iₘ = maksimalna struja, L = dužina voda, VD = dopustivi pad napona).
Balans: Izbjegavati preopterećenje (gubitak energije/nesreće) ili preopterećenje (neefikasan trošak). Koristiti odgovarajuće sigurnosne prekidače i konektore.
