Проектування та встановлення сонячних фотоелектричних систем
Сучасне суспільство залежить від енергії для повсякденних потреб, таких як промисловість, опалення, транспорт та сільське господарство, більшість яких задовольняється за рахунок невідновлюваних джерел (вугілля, нафта, газ). Однак, ці джерела завдають шкоди навколишньому середовищу, нерівномірно розподілені та страждають від цінової волатильності через обмежені запаси — що сприяє попиту на відновлювану енергію.
Сонячна енергія, яка є достатньою та може задовольнити глобальні потреби, виділяється. Автономні фотоелектричні системи (Рис. 1) надають енергетичну незалежність від комунальних послуг. Нижче наведено огляд їх планування, проектування та встановлення для генерації електроенергії.
Планування автономної фотоелектричної системи
Оцінка місця та опитування:
Мінімізація затінення: Забезпечте, щоб місце встановлення (на даху або на землі) було вільним від затінюючих конструкцій, і щоб майбутні будівлі не блокували сонячне випромінювання.
Площа поверхні: Визначте площу місця, щоб оцінити кількість/розмір фотоелектричних панелей, та плануйте розташування інверторів, конвертерів та батарейних банків.
Відображення дахів: Для нахиленого даху зверніть увагу на кут нахилу та використовуйте відповідні кріплення, щоб максимізувати сонячне випромінювання (в ідеалі перпендикулярно до панелей).
Прокладка кабелів: Плануйте маршрути для кабелів (що з'єднують інвертор, батарейний банк, контролер зарядки та фотоелектричний масив), щоб мінімізувати використання кабелів та втрат напруги, забезпечуючи баланс між ефективністю та вартістю.
Оцінка ресурсів сонячної енергії:
Дані про освітлення: Виміряйте або отримайте (від метеорологічних станцій) отриману сонячну енергію, використовуючи кіловат-години на квадратний метр на день (кВт·год/м²/день) або щоденні пікові години сонячного світання (PSH, години з середньою радіацією 1000 Вт/м²).
Основний показник: Використовуйте PSH для спрощених розрахунків (відрізніть від "середніх годин сонячного світання", які відображають тривалість, а не енергію). Прийміть найнижчий щомісячний середній показник освітлення, щоб забезпечити надійність системи під час періодів з низьким сонячним випромінюванням.
Загальні розглядання для автономних фотоелектричних систем
1. Розрахунок енергетичного попиту
Розмір системи залежить від попиту на навантаження, який розраховується як:
Щоденний енергетичний попит (Вт·год) = Сума (потужності приладу в ватах × щоденні години роботи).
Використовуйте найвищий щоденний попит, щоб забезпечити баланс між надійністю та вартістю (гарантує роботу під час пікового використання, хоча це збільшує вартість системи).
2. Вибір розміру інвертора та контролера зарядки
Інвертор: Рейтинг на 25% вище за загальне навантаження (для врахування втрат).
Приклад: Для навантаження 2400 Вт потрібен інвертор 3000 Вт (2400 Вт × 1.25).
Контролер зарядки: Номінальний струм = 125% від короткочасного струму фотоелектричної панелі (фактор безпеки).
Приклад: 4 панелі з короткочасним струмом 10 А потребують контролера 50 А (4×10 А ×1.25).
Примітка: Контролери MPPT слід вибирати згідно з вказівками виробника.
3. Щоденна енергія до інвертора
Забезпечте ефективність інвертора (наприклад, 90%):
4. Напруга системи
Визначається напругою батареї (зазвичай 12 В, 24 В тощо), з вищими напругами, що зменшують втрати кабеля. Приклад: система 24 В.
5. Вибір розміру батареї
Основні параметри: глибина розряду (DOD), кількість автономних днів та напруга системи.
Придатна ємність = Емність батареї А·год × DOD.
Необхідна ємність заряду = Енергія від батареї / напруга системи.
Приклад: 3000 Вт·год від батареї в системі 24 В → потрібна ємність 125 А·год.
Для батарей 12 В, 100 А·год (70% DOD):
Кількість батарей = 125 А·год / (100 А·год × 0.7) ≈ 2 (закруглено вгору).
З'єднайте 2 батареї послідовно, щоб досягти напруги системи 24 В.
Таким чином, всього буде чотири батареї по 12 В, 100 А·год. Дві з'єднані послідовно, а дві паралельно. Також, необхідну ємність батарей можна знайти за наступною формулою.
Вибір розміру фотоелектричного масиву
Загальна потужність фотоелектричного масиву (Вт): Розраховується, використовуючи найнижчі щоденні пікові години сонячного світання (або фактор генерації панелей, PFG) та щоденний енергетичний попит:
Загальна Wₚₑₐₖ = (Щоденний енергетичний попит (Вт·год) / PFG) × 1.25 (множник для втрат).
Кількість модулів: Поділіть загальну Wₚₑₐₖ на номінальну потужність однієї панелі (наприклад, 160 Вт).
Приклад: Для щоденного попиту 3000 Вт·год і PFG = 3.2, загальна Wₚₑₐₖ = 3000 / 3.2 ≈ 931 Вт. З панелями 160 Вт, потрібно 6 модулів (931 / 160 ≈ 5.8, закруглено вгору).
Фактори втрат (для коригування PFG): Включають кут сонячного світання (5%), немаксимальну точку потужності (10%, виключено для MPPT), забруднення (5%), старіння (10%) та високу температуру (>25°C, 15%).
Вибір розміру кабелів
Основні розглядання: Струмова ємність, мінімальні втрати напруги (<2%), резистивні втрати, стійкість до погодних умов (водостійкість/захист від УФ).
Формула поперечного перерізу:
A = (ρ × Iₘ × L / VD) × 2
(ρ = резистивність, Iₘ = максимальний струм, L = довжина кабеля, VD = допустима втрата напруги).
Баланс: Уникайте недооцінки (втрати енергії/аварії) або переоцінки (невиправдані витрати). Використовуйте відповідні автомати та з'єднувачі.
