Jinsi ya Kudhibiti na Kuinstala Mfumo wa Solar PV Pekee?

Uundaji na Upatikanaji wa Mipango ya Solar PV

Jamii ya kisasa inategemea nyuzi za nishati kwa matumizi ya kila siku kama viwanda, joto, usafiri, na kilimo, zinazotimizwa kwa ujumla kutoka vyanzo vilivyokosekana (mchanga, mafuta, ng'ombe). Hata hivyo, hayo vyanzo huchangia madhara ya mazingira, vinavyojulikana sana, na huwa na mwendo wa bei kutokana na rasilimali zinazokosekana—kutofautiana ambayo inadhihirisha maombi ya nishati mbadala.

Nishati ya jua, ambayo ni kamili na inaweza kukutana na maombi ya kimataifa, inaonekana. Mipango ya PV bila msambamba (Fig 1) yanatoa ustawi wa nishati kutoka kwa ummaa. Chini yuko muhtasari wa uundaji, upatikanaji, na upatikanaji wao wa utaratibu wa kutengeneza umeme.

Uundaji wa Mipango ya PV Bila Msambamba
Utafutaji na Tathmini ya eneo:

• Kukidhibiti chombo: Hakikisha eneo la upatikanaji (peanji au ardhi) linavyokuwa safi kutoka kwa majengo yoyote yanayochombo, na hakuna majengo mapya yanayowezekana kuhifadhi radiasyioni ya jua.

• Eneo la Uwanja: Tafuta ukubwa wa eneo la kupatikanaji ili kupima idadi/kubwa ya vibanzi vya PV, na plani upatikanaji wa inverters, converters, na mikataba ya batilie.

• Mawazo ya Peanji: Kwa peanji zenye kutenda, taja angalau ya kutenda na tumia malipo sahihi ili kuongeza solar incidence (ingawa perpendicular kwenye panels).

• Routi ya Cable: Plani njia za cables (katika inverter, mikataba ya batilie, charge controller, na PV array) ili kukidhibiti matumizi ya cable na voltage drop, kukabiliana efisiency na gharama.

Tathmini ya Rasilimali za Nishati ya Jua:

• Data ya Insolation: Meza au pata (kutoka steshoni za meteorological) nishati ya jua iliyopokea, kutumia au kilowatt-hours per square meter per day (kWh/m²/day) au Peak Sun Hours ya kila siku (PSH, masaa yenye wastani wa irradiance wa 1000 W/m²).

• Kitu Kikuu: Tumia PSH kwa hesabu rahisi (tofautiana na "mean sunshine hours," ambayo hutusha muda si nishati). Chagua wastani wa mwezi ulimwengu wa insolation ili kukidhibiti uhakika wa mfumo wakati wa mwezi wenye nishati chache.

Mawazo kwa Mipango ya PV Bila Msambamba
1. Hesabu ya Maombi ya Nishati

Ukubwa wa mfumo unategemea maombi ya ongezeko, imehesabiwa kama:

• Maombi ya nishati ya kila siku (Wh) = Jumla ya (upanuli wa nguvu wa vyombo vya kazi katika watts × masaa ya kazi ya kila siku).

• Tumia maombi ya kila siku ambayo ni juu zaidi ili kukidhibiti uhakika na gharama (huendelezisha kazi wakati wa matumizi ya pindi, ingawa hii hutoa gharama za mfumo).

2. Ukubwa wa Inverter & Charge Controller

• Inverter: Imetolewa 25% juu kuliko jumla ya ongezeko (kutokana na hasara).
  Mfano: Kwa ongezeko la 2400W, inverter wa 3000W (2400W × 1.25) unahitajika.

• Charge Controller: Anwani ya current = 125% ya paneli za PV short-circuit current (safety factor).
  Mfano: 4 panels na 10A short-circuit current yanahitaji controller wa 50A (4×10A ×1.25).
  Note: MPPT controllers follow manufacturer specifications.

3. Nishati ya Kila Siku kwa Inverter

Kumbuka ufanisi wa inverter (mfano, 90%):

• Nishati iliyotolewa na battery kwa inverter = Jumla ya ongezeko energy / efficiency.
  Mfano: Ongezeko la 2700Wh → 3000Wh (2700 / 0.9) kutoka kwa battery.

4. Umbo la Mfumo

Limeundwa kwa umbo la battery (mara nyingi 12V, 24V, etc.), na umbo la juu kunyang'anya matumizi ya cable. Mfano: Mfumo wa 24V.

5. Ukubwa wa Battery

Vyumba muhimu: depth of discharge (DOD), siku za autonomy, na umbo la mfumo.

• Capacity inayotumika = Battery Ah × DOD.

• Capacity inayohitajika = Nishati kutoka kwa battery / umbo la mfumo.
  Mfano: 3000Wh kutoka kwa battery katika mfumo wa 24V → 125Ah inahitajika.

• Kwa 12V, batteries za 100Ah (70% DOD):

• Idadi ya batteries = 125Ah / (100Ah × 0.7) ≈ 2 (rounded up).

• Connect 2 batteries in series to achieve 24V system voltage.

Basi, kwa jumla itakuwa na batteries nne za 12 V, 100 Ah. Mbili zinazokunecta kwa series na mbili zinazokunecta kwa parallel. Pia, capacity inayohitajika ya batteries inaweza kupatikana kwa kutumia formula ifuatayo.

Ukubwa wa PV Array

• Jumla ya kapasiti ya PV array (W): Imehesabiwa kutumia masaa ya chini ya peak sun ya kila siku (au Panel Generation Factor, PFG) na maombi ya nishati ya kila siku:
  Total Wₚₑₐₖ = (Maombi ya nishati ya kila siku (Wh) / PFG) × 1.25 (scaling factor for losses).

• Idadi ya modules: Gawa jumla ya Wₚₑₐₖ kwa nguvu ya upanuli wa panel moja (mfano, 160W).

  Mfano: Kwa maombi ya 3000Wh kila siku na PFG = 3.2, total Wₚₑₐₖ = 3000 / 3.2 ≈ 931W. Na panels za 160W, modules sita zinahitajika (931 / 160 ≈ 5.8, rounded up).

• Loss factors (kuboresha PFG): Inajumuisha angle ya sunlight (5%), non-max power point (10%, excluded for MPPT), dirt (5%), aging (10%), na temperature inayozidi 25°C (15%).

Ukubwa wa Cables

• Mawazo muhimu: Current capacity, minimal voltage drop (<2%), resistive losses, weather resistance (water/UV proof).

• Formula ya cross-sectional area:
  A = (&rho; &times; Iₘ &times; L / VD) &times; 2
  (&rho; = resistivity, Iₘ = max current, L = cable length, VD = permissible voltage drop).

• Balance: Avoid undersizing (energy loss/accidents) or oversizing (cost inefficiency). Use appropriate circuit breakers and connectors.