Heute stellen wir ein Design für ein 5-kW-Off-Grid-Solar-Photovoltaik-Kraftwerk für einen kleinen Fischzüchter vor, einschließlich der Konfiguration und einiger Berechnungsmethoden Schritt für Schritt.
Es gibt einige grundlegende Daten, die für die Vorbereitung des Solarstromsystems geklärt werden müssen.
- Zunächst sollte die Spannung und Phase des Nutzers identifiziert werden, entweder als einphasiger Wechselstrom 110V, 120V, 220V, 230V oder 240V oder als dreiphasiger Wechselstrom 380V, 440V, 480V usw. Dies bestimmt die Ausgangsspezifikation des Solarwechselrichters.
- Zweitens sollte der Lasttyp bestätigt werden, ob es sich um eine induktive oder ohmsche Last handelt, da der Lasttyp die Belastungsleistung und die Ausgangswellenform des Wechselrichters bestimmt.
- Drittens sollte die Volllastbetriebszeit, also der durchschnittliche tägliche Stromverbrauch, festgelegt werden. Im Fall einer netzgekoppelten Photovoltaikanlage ohne Energiespeichergeräte wird nur eine angemessene Leistung des Photovoltaikmoduls benötigt. Bei einem netzunabhängigen Solar-Photovoltaiksystem muss die Batteriekapazität berechnet werden, einschließlich der selbst gespeicherten Energie des Systems bei aufeinanderfolgenden bewölkten und regnerischen Tagen ohne Photovoltaikstromerzeugung.
Design eines 5000W netzunabhängigen Solarsystems
Wir nehmen nun das Design eines netzunabhängigen Solarsystems für einen kleinen Fischzüchter in der Nähe eines Sees als Fallstudie. Aufgrund der weiten Entfernung zum Stromnetz sind nicht nur die Kosten hoch, sondern auch die Leitungsverluste und Spannungsverluste erheblich. Gleichzeitig kann die Stabilität der Stromversorgung wegen Taifunen nicht gewährleistet werden, und häufige Stromausfälle beeinträchtigen die Stromversorgung für Produktion und Leben. Daher wird der netzunabhängige Solarwechselrichter eingesetzt. Die Sonneneinstrahlung ist tagsüber hoch, und die vom Solarsystem erzeugte Energie wird direkt an den Ausgang des Solarwechselrichters geliefert, um den Betrieb der elektrischen Geräte zu unterstützen. Gleichzeitig werden die Batterien geladen und versorgen die Geräte nachts über den Wechselrichter mit Strom.
1. Erhebung des Strombedarfs
Hier sind einige grundlegende Daten, die vorher bekannt sein sollten. Die Spannung im Alltag beträgt AC 220V 50Hz, und die häufig verwendeten Geräte umfassen hauptsächlich:
Zehn Pumpen für Sauerstofferzeugung im Fischteich (300W)
Ein Fernseher mit Satellitenempfänger (200W)
Ein elektrischer Kocher (750W)
Ein Induktionsherd (2.000W)
Ein kleiner Kühlschrank (100W)
Beleuchtung (100W)
Diese Geräte werden nicht gleichzeitig verwendet. Die Sauerstoffpumpe läuft tagsüber bei Sonneneinstrahlung, ruht aber nachts. Die Leistung der anderen Geräte liegt bei etwa 3000W, und ihr täglicher Stromverbrauch beträgt etwa 10 Kilowattstunden. Da die Beleuchtung auf der Seefläche ausreichend ist, wird die selbst gespeicherte Energie an bewölkten und regnerischen Tagen nicht berücksichtigt.
2. Solarwechselrichter
Basierend auf den oben vom Nutzer bereitgestellten Daten wird bei diesem netzunabhängigen Solar-Photovoltaiksystem ein All-in-One-Solarwechselrichter mit MPPT-Laderegler verwendet. Dieser 5000W Solarwechselrichter mit MPPT-Laderegler hat eine Leistungskapazität von 48V 7kW, einen Leistungsfaktor ≥0,8 und eine Wirkungsgrad ≥85%. Die tatsächliche Belastungsleistung kann 5000W erreichen, was die Anforderungen der Geräte des Nutzers erfüllt.
3. Batteriekapazität
Dieses netzunabhängige Solarsystem verwendet die übliche Blei-Säure-Batterie als Energiespeicher, die eine große Kapazität und ein gutes Preis-Leistungs-Verhältnis bietet. Die reservierte elektrische Kapazität des Speichers beträgt 10 kWh. Da die DC-Eingangsspannung des Solarwechselrichters 48V DC beträgt, kann die theoretische Kapazität der Speicherbatterie wie folgt berechnet werden:
10.000VAh / 48V = 208Ah
Nach den relevanten technologischen Standards für Batterien ist eine Entladungsrate von 0,5C2 wirtschaftlich und zuverlässig, was die Lade- und Entladezyklen der Batterie sichert und die Lebensdauer effektiv verlängert. Dank der ausreichenden Beleuchtung am See wird die Photovoltaik tagsüber direkt über den Wechselrichter genutzt, ohne die Batterien wiederholt zu entladen. Der Stromverbrauch der Geräte nachts ist gering und die Entladedauer kurz. Daher wird in diesem Design die Batterieladekapazität auf 0,6C2 erhöht. Die tatsächliche Batteriekapazität ergibt sich dann wie folgt:
208Ah / 0,6 = 347Ah.
Hier wird die Batteriekapazität auf 400Ah festgelegt, somit beträgt die Gesamtkapazität 48V 400Ah. Die Blei-Säure-Batterien haben jeweils 12V 200Ah. Vier Stück werden in Serie geschaltet, und vier parallel. Insgesamt werden also acht Batterien benötigt.
4. Leistung des Solarmoduls
Nach der Berechnung der Batteriekapazität wird die Leistung des Solarmoduls berechnet. Der See befindet sich an einem Ort mit hoher Sonneneinstrahlung, und die effektive Sonnenscheindauer beträgt bis zu 6 Stunden. Es werden polykristalline Silizium-Photovoltaikmodule mit einem photoelektrischen Wirkungsgrad von bis zu 16% gewählt.
Die Solarstromerzeugung kann mit folgender Gleichung berechnet werden:
Systemleistung = Leistung des Solarmoduls × Sonnenscheindauer × Verlustfaktor.
Der Verlustfaktor bezieht sich auf Verluste durch Temperaturänderungen, Leitungsverluste und Wirkungsgrad des Solarladereglers (oder Wechselrichters). Sein Wert liegt üblicherweise zwischen 0,5 und 0,7, hier wird 0,6 angenommen. Somit ergibt sich die Leistung des Photovoltaikmoduls wie folgt:
48V × 400Ah / (6h × 0,6) = 5333W
Die Spezifikation des PV-Moduls ist 36V 275W, die Abmessungen betragen 1900×980×45mm, und die Fläche 2 Quadratmeter. Je zwei Module (72V) werden in Serie zu einer Gruppe verbunden. Dann werden zehn Gruppen parallel geschaltet. Insgesamt werden 20 Solarmodule benötigt, mit einer Gesamtleistung von 72V 5500W. Die Fläche des Solarpanels beträgt 40 Quadratmeter.
5. Blitzschutz-Photovoltaik-Verteilerkasten
Der Photovoltaik-Verteilerkasten wird verwendet, um die Verbindung zwischen dem Photovoltaikmodul-Array und dem Wechselrichter zu reduzieren. Der Nutzer kann eine bestimmte Anzahl von Photovoltaikmodulen gleicher Spezifikation zu einem Array verbinden. Dann werden mehrere Module in Serie geschaltet und im Verteilerkasten parallel verbunden. Nach der Zusammenführung im Verteilerkasten wird der Strom über den DC-Schutzschalter an den Wechselrichter ausgegeben.
Der See liegt in einer Region mit häufigen Gewittern. Isolierte Unterstände und umliegende Wälder sind anfällig für Blitzeinschläge. Daher muss die Photovoltaikanlage auf Blitzschutz der Geräte achten. Die Einführung eines DC-Hochspannungs-Blitzschutzmoduls kann die Sicherheit von Wechselrichter, AC-Verteilungsschrank und anderen Geräten effektiv schützen. Gleichzeitig verhindert die leistungsstarke Rückstromdiode im Verteilerkasten wirksam die Rückentladung der Batterien zum Modul und das Brennen des Moduls bei fehlender Photovoltaik nachts.
6. Photovoltaik-Halterung und Kabel
Die Solarpanel-Halterung ist ein unverzichtbares Zubehör für das Photovoltaiksystem, das das Photovoltaikmodul fixiert. Der Nutzer kann die Halterung vor Ort aufbauen, um Kosten zu sparen, das Modul zu befestigen und Rostbildung zu verhindern.
Das Kabel verbindet das Modul, den Wechselrichter und den DC-Verteilungsschrank. Ein Teil des Kabels wird im Freien verwendet. Aufgrund der langfristigen Sonneneinstrahlung und Regenbelastung sollte ein Kabel gewählt werden, das hitze-, oxidations- und UV-beständig ist, um den normalen Betrieb des Systems zu gewährleisten. Das Kabel sollte aus massivem Kupferkern mit großem Querschnitt und geringem Widerstand bestehen, um Spannungsabfälle durch lange Leitungen zu minimieren, die sonst die Stromerzeugungseffizienz beeinträchtigen könnten.
Zusammenfassend bietet die obige Fallstudie eine umfassende Einführung in das Design eines netzunabhängigen Solar-Photovoltaiksystems. Es wird gehofft, dass diese Einführung für Sie hilfreich ist.
