Design och installation av solcellssystem
Det moderna samhället är beroende av energi för dagliga behov som industri, uppvärmning, transport och jordbruk, vilka till största delen täcks av förnybara källor (kol, olja, gas). Dessa orsakar dock miljöskador, är ojämnt fördelade och påverkas av prisvolatilitet på grund av begränsade reserver—vilket driver efterfrågan på förnybar energi.
Solenergi, som är rikligt tillgänglig och kan möta globala behov, står ut. Fristående PV-system (Figur 1) erbjuder energioberoende från elnät. Nedan följer en översikt över deras planering, design och installation för elproduktion.
Planering av ett fristående PV-system
Platsbedömning & undersökning:
Minimering av skuggning: Se till att installationsplatsen (tak eller mark) är fri från skuggande strukturer och att inga framtida byggnader kommer att blockera solstrålningen.
Ytareal: Bestäm platsytan för att uppskatta antalet/storleken på PV-panelerna, och planera placering för inverter, konverterare och batteribankar.
Överväganden för tak: För lutande tak, notera lutningsvinkeln och använd lämplig montering för att maximera solinfall (idealt vinkelrätt mot panelerna).
Kabelläggning: Planera rutter för kablar (som ansluter inverter, batteribank, laddningskontrollant och PV-array) för att minimera kablanvändning och spänningsförlust, balansera effektivitet och kostnad.
Bedömning av solenergiresurser:
Insolationsdata: Mät eller hämta (från meteorologiska stationer) den mottagna solenergin, med hjälp av antingen kilowatttimmar per kvadratmeter per dag (kWh/m²/dag) eller dagliga Peak Sun Hours (PSH, timmar med genomsnittlig strålning på 1000 W/m²).
Nyckelmetod: Använd PSH för förenklade beräkningar (skilj från "genomsnittliga solljusstunder," vilket återspeglar varaktighet snarare än energi). Anta den lägsta månatliga medelinsolationen för att säkerställa systemets tillförlitlighet under perioder med låg sol.
Överväganden för fristående PV-system
1. Beräkning av energibehov
Systemstorleken beror på belastningsbehov, beräknad som:
Dagligt energibehov (Wh) = Summa av (elektrisk effekt i watt × dagliga driftstunder).
Använd det högsta dagliga behovet för att balansera tillförlitlighet och kostnad (säkerställer drift vid peakanvändning, även om detta ökar systemkostnaden).
2. Dimensionering av inverter och laddningskontrollant
Inverter: Betygsatt 25% högre än total belastning (för att ta hänsyn till förluster).
Exempel: För en 2400W-belastning krävs en 3000W-inverter (2400W × 1.25).
Laddningskontrollant: Strömförbrukning = 125% av PV-panelens kortslutningsström (säkerhetsfaktor).
Exempel: 4 paneler med 10A kortslutningsström kräver en 50A-kontrollant (4×10A ×1.25).
Notera: MPPT-kontroller följer tillverkarens specifikationer.
3. Daglig energi till inverter
Ta hänsyn till inverterseffektivitet (t.ex. 90%):
4. Systemspänning
Bestäms av batterispänning (vanligtvis 12V, 24V, etc.), med högre spänningar som minskar kabelförlust. Exempel: 24V-system.
5. Batteridimensionering
Nyckelparametrar: djup av uttag (DOD), autonomidagar och systemspänning.
Användbar kapacitet = Batteri Ah × DOD.
Krävd laddningskapacitet = Energi från batteri / systemspänning.
Exempel: 3000Wh från batteri i ett 24V-system → 125Ah behövs.
För 12V, 100Ah-batterier (70% DOD):
Så, totalt kommer det att finnas fyra batterier på 12 V, 100 Ah. Två anslutna i serie och två anslutna parallellt. Den nödvändiga kapaciteten för batterierna kan hittas genom följande formel.
Dimensionering av PV-arrayen
Total PV-arraykapacitet (W): Beräknad med hjälp av de lägsta dagliga peak sun hours (eller Panel Generation Factor, PFG) och dagligt energibehov:
Total W_peak = (Dagligt energibehov (Wh) / PFG) × 1.25 (skalfaktor för förluster).
Antal moduler: Dividera total W_peak med den nominella effekten av en enskild panel (t.ex. 160W).
Exempel: För ett 3000Wh-dagligt behov och PFG = 3.2, total W_peak = 3000 / 3.2 ≈ 931W. Med 160W-paneler krävs 6 moduler (931 / 160 ≈ 5.8, avrundat uppåt).
Förlustfaktorer (för att justera PFG): Inkludera solvinkel (5%), icke-maximal effektpunkt (10%, exkluderat för MPPT), smuts (5%), åldring (10%) och hög temperatur (>25°C, 15%).
Dimensionering av kablar
Nyckelöverväganden: Strömkapacitet, minimal spänningsförlust (<2%), resistiva förluster, väderbeständighet (vatten-/UV-tålig).
Formel för tvärsnittsarea:
A = (ρ × I_m × L / VD) × 2
(ρ = resistivitet, I_m = maxström, L = kabellängd, VD = tillåten spänningsförlust).
Balans: Undvik undersizing (energiförlust/olyckor) eller oversizing (kostnadsineffektivitet). Använd lämpliga strömbrytare och kopplingar.
