Heutzutage gibt es immer noch viele Menschen, die in armen oder abgelegenen Gebieten leben, die weit von Kraftwerken und öffentlichen Stromnetzen entfernt sind. Aufgrund von Strommangel oder sogar ohne Strom können sie nicht die Informationen und den Komfort genießen, die die moderne Zivilisation mit sich bringt. Das netzunabhängige Solarsystem ist ein unabhängiges, autarkes System zur Versorgung mit erneuerbarer Energie, das ihre grundlegenden Strombedürfnisse decken kann.
Ein typisches netzunabhängiges Solar-PV-System besteht aus sechs Teilen: Solarmodule, Halterung, Solar-Laderegler, netzunabhängiger Wechselrichter, Batterien und Verteilerkasten. Die Solarzellen sind mit dem Solar-Laderegler verbunden, der die Energie zunächst zur Deckung des täglichen Verbrauchs bereitstellt, und der überschüssige Strom wird in den Batterien für die Nutzung nachts sowie an bewölkten und regnerischen Tagen gespeichert. Wenn der Strom in den Batterien aufgebraucht ist, können die meisten Wechselrichter die Einspeisung aus dem Netz (oder dem Dieselgenerator) als zusätzliche Energiequelle für die Last unterstützen.
Das Design eines netzunabhängigen Solarsystems unterscheidet sich vom netzgekoppelten Solarsystem. Ersteres muss viele Faktoren berücksichtigen, darunter die Last, die tägliche Strommenge und die lokalen Klimabedingungen, und verschiedene Designpläne entsprechend den praktischen Anforderungen der Kunden wählen. Daher ist das netzunabhängige Photovoltaiksystem vergleichsweise komplex.
Ermitteln Sie den Stromverbrauch Ihrer Last
Um die Zuverlässigkeit des netzunabhängigen PV-Systems zu gewährleisten, ist eine gründliche Erhebung des Strombedarfs des Kunden sehr wichtig. Das heißt, Sie sollten herausfinden, wie viel Strom Sie benötigen, einschließlich der Leistungsaufnahme aller Geräte, der Laufzeit und des täglichen Stromverbrauchs (also wie viele Kilowattstunden es insgesamt sind). Darauf basieren hauptsächlich die Auslegung des netzunabhängigen Solarsystems, einschließlich der Auswahl des Solarwechselrichters, der Berechnung der Solarmodulkapazität und der Batteriekapazität.
Auswahl des Solarwechselrichters
Die Nennleistung des auszuwählenden Solarwechselrichters sollte nicht kleiner sein als die Gesamtleistung der Lasten. Um jedoch die Lebensdauer und spätere Kapazitätserweiterungen des Wechselrichters zu berücksichtigen, sollte eine Sicherheitsreserve für die Wechselrichterleistung eingeplant werden, die in der Regel 1,2 bis 1,5-fach der Lastleistung beträgt.
Außerdem, wenn die Last empfindliche Geräte wie Kühlschrank, Klimaanlage, Wasserpumpe und Rauchabzugsventilator mit Elektromotor umfasst (die Anlaufleistung des Elektromotors beträgt 3 bis 5-fach seiner Nennleistung), muss auch die Anlaufleistung dieser Lasten berücksichtigt werden. Mit anderen Worten, die Anlaufleistung dieser Lasten sollte kleiner sein als die maximale Spitzenleistung des Wechselrichters.
Unten steht die Formel zur Auswahl der Wechselrichterleistung, die nur als Referenz für die Auslegung dient.
Leistung des Wechselrichters = (Leistung der Last * Sicherheitsfaktor) / Leistungsfaktor des Wechselrichters
Berechnung der Solarmodulkapazität
Die tagsüber von den Solarmodulen erzeugte Leistung wird teilweise für die Last verwendet, der Rest dient zum Laden der Speicherbatterie. Wenn die Nacht kommt oder die Sonneneinstrahlung unzureichend ist, wird der Strom aus den Speicherbatterien für die Last genutzt. Somit stammt der gesamte vom Verbraucher verbrauchte Strom von den tagsüber von den Photovoltaikmodulen erzeugten Strommengen, wenn keine Netzversorgung vorhanden ist oder der Dieselgenerator als zusätzliche Energiequelle dient. Unter Berücksichtigung der unterschiedlichen Lichtintensität in verschiedenen Jahreszeiten und Regionen sollte die Kapazität der Solarmodule so ausgelegt sein, dass sie auch in der sonnenärmsten Jahreszeit den Bedarf deckt, um den zuverlässigen Betrieb des Solarsystems zu gewährleisten. Unten steht die Formel zur Berechnung der Solarmodulkapazität:
Leistung der Solarmodule = (Täglicher Stromverbrauch der Last * Sicherheitsfaktor) / (Spitzen-Sonnenstunden des schlechtesten Monats * Systemwirkungsgrad)
Berechnung der Batteriekapazität
Die Batterien des netzunabhängigen Solarsystems dienen hauptsächlich zur Energiespeicherung und gewährleisten, dass die Last auch bei unzureichender Sonneneinstrahlung normal betrieben werden kann. Bei netzunabhängigen Photovoltaiksystemen für wichtige Geräte sollte die Batteriekapazität unter Berücksichtigung der längsten örtlichen bewölkten und regnerischen Tage ausgelegt werden. Ein gewöhnliches netzunabhängiges Solarsystem stellt keine so hohen Anforderungen an die Stromversorgung der Last, und unter Berücksichtigung der Systemkosten können die bewölkten und regnerischen Tage unberücksichtigt bleiben, wobei der Lastverbrauch entsprechend der tatsächlichen Lichtintensität angepasst wird.
Außerdem verwenden die meisten netzunabhängigen Solar-PV-Systeme Blei-Säure-Batterien, deren Entladungstiefe in der Regel zwischen 0,5 und 0,7 liegt. Die zu wählende Batteriekapazität kann nach folgender Formel berechnet werden:
Batteriekapazität = (Täglicher Stromverbrauch × Anzahl aufeinanderfolgender regnerischer und bewölkter Tage) / Entladungstiefe der Batterien
Auswahl des Solar-Ladereglers
Der Solar-Laderegler ist ein Gerät, das das Laden und Entladen der Energie von den Solarmodulen zu den Batterien steuert. Die zwei wichtigsten Faktoren bei der Auswahl eines geeigneten Ladereglers sind Nennspannung und Nennstrom. Die Nennspannung des Ladereglers sollte mit der Betriebsspannung der Batterien im Solarsystem übereinstimmen. Die Nennstromstärke kann grob berechnet werden, indem die Leistung der Solarmodule durch die Batteriespannung geteilt wird, wobei zusätzlich eine Sicherheitsreserve von 25 % eingeplant wird.
Außerdem gibt es zwei Arten von Solar-Ladereglern auf dem Markt: PWM und MPPT. Im Allgemeinen ist der PWM-Laderegler preiswerter als der MPPT und besser für kleine Solarwechselrichtersysteme geeignet. Der MPPT-Laderegler ist jedoch aufgrund seiner einzigartigen Vorteile kosteneffizienter und kann je nach spezifischem Designplan ausgewählt werden.
Ein typischer Designplan für ein 10kVA netzunabhängiges Solarsystem
Projekt-Hintergrund: Entwurf eines netzunabhängigen Solarsystems für eine Schule zur Deckung ihres täglichen Stromverbrauchs.
1. Erhebung des Strombedarfs
Eine Erhebung des Kundenbedarfs sollte in der frühen Planungsphase durchgeführt werden. Die Informationen zum Stromverbrauch der Last sollten genau sein. Nachfolgend weitere Details:
2. Auswahl des Solarwechselrichters
Die Last des Kunden umfasst hauptsächlich die Beleuchtung der Klassenräume, Ventilatoren in den Klassenräumen, Beleuchtung öffentlicher Bereiche, Wandbeleuchtung, Beschallungssystem usw. Die Gesamtlast beträgt 6,84 kW, und die Leistung des Solarwechselrichters sollte nicht kleiner als 9,8 kVA sein. Entsprechend diesen Anforderungen kann ein 10kVA Solarwechselrichter mit MPPT-Laderegler ausgewählt werden, der als Wechselrichter und Laderegler in einem Gerät fungiert.
3. Berechnung der Solarmodulkapazität
Aus der Kundenbedarfsanalyse geht hervor, dass der durchschnittliche tägliche Stromverbrauch der Schule etwa 61,5 kWh beträgt. Die örtlichen Lichtverhältnisse sind günstig, die tägliche Sonnenscheindauer wird mit 4,23 Stunden berechnet. Die Solarmodule sind mit einem Sicherheitsfaktor von 1,1 ausgelegt. In diesem Design werden 88 Stück 270W polykristalline Photovoltaikmodule mit einer Gesamtleistung von 23,76 kW verwendet, die eine durchschnittliche tägliche Stromerzeugung von 100,5 kWh ermöglichen. Die Systemeffizienz liegt allgemein bei etwa 0,8, sodass der tägliche Stromverbrauch 80 kWh beträgt.
4. Berechnung der Batteriekapazität
Die Beleuchtung der Schule erfolgt meist nachts. Unter Berücksichtigung der Lebensdauer der Batterien sollte die Batteriekapazität entsprechend erhöht werden, und die Batteriepufferzeit beträgt laut Kundenanforderung zwei Tage. Die Entladungstiefe der Batterien wird auf 0,7 gesetzt. Dieses Projekt verwendet 110 in Reihe geschaltete 1000AH/2V Gel-Batterien mit einer Gesamtkapazität von etwa 220.000 VAH, die nutzbare Strommenge beträgt etwa 154 kWh, was den Strombedarf für eine zweitägige Pufferzeit decken kann.
