Wie entwirft man ein netzunabhängiges Solarstromsystem?

Heutzutage leben immer noch viele Menschen in verarmten oder abgelegenen Gebieten, die weit entfernt von Kraftwerken und öffentlichen Stromnetzen sind. Aufgrund von Strommangel oder sogar ohne Strom können sie die Informationen und Annehmlichkeiten der modernen Zivilisation nicht genießen. Das netzunabhängige Solarstromsystem ist ein unabhängiges, autarkes Stromversorgungssystem für erneuerbare Energien, das ihren grundlegenden Stromverbrauchsbedarf decken kann.

Ein typisches netzunabhängiges Solar-PV-System besteht aus sechs Teilen, darunter Solarmodule, Halterung, Solarladeregler, Off-Grid-Wechselrichter , Batterien und Verteilerkasten. Die Solarzellen sind an den Solarladeregler angeschlossen. Dieser erzeugt zunächst die Energie, die der Benutzer täglich benötigt. Anschließend wird der überschüssige Strom in den Batterien gespeichert, um ihn nachts sowie an bewölkten und regnerischen Tagen zu nutzen. Wenn die Energie in den Batterien aufgebraucht ist, können die meisten Wechselrichter die Netzversorgung (oder den Dieselgenerator) als zusätzliche Energiequelle für die Last nutzen.

Das Design eines netzunabhängigen Solarstromsystems unterscheidet sich vom netzgebundenen Solarstromsystem. Ersteres muss viele Faktoren berücksichtigen, darunter die Last, die tägliche Strommenge und die örtlichen Klimabedingungen usw., um je nach den praktischen Anforderungen der Kunden unterschiedliche Entwurfspläne auszuwählen. Daher ist die netzunabhängige Solar-Photovoltaikanlage vergleichsweise komplex.

Erfahren Sie, wie viel Leistung Ihre Last hat

Um die Zuverlässigkeit der netzunabhängigen PV-Anlage zu gewährleisten, ist eine gründliche Erhebung der Kundennachfrage nach Strom unbedingt erforderlich. Das heißt, Sie sollten herausfinden, wie viel Strom Sie benötigen, einschließlich der Nennleistung aller Geräte oder Geräte, der Laufzeit und des täglichen Stromverbrauchs (d. h. wie viele Kilowattstunden sind es insgesamt). Anschließend basiert der Entwurf des netzunabhängigen Solarstromsystems hauptsächlich auf diesen Daten, einschließlich der Auswahl des Solarwechselrichters, der Berechnung der Solarmodulkapazität und der Batteriekapazität.

Auswahl des Solarwechselrichters

Die Nennleistung des zu wählenden Solarwechselrichters sollte nicht kleiner sein als die Gesamtleistung der Verbraucher. Unter Berücksichtigung der Lebensdauer und der damit verbundenen Kapazitätserweiterung des Wechselrichters sollte jedoch ein gewisser Sicherheitsspielraum für die Wechselrichterleistung gelassen werden, der im Allgemeinen das 1,2- bis 1,5-fache der Lastleistung beträgt.

Wenn die Last außerdem empfindliche Geräte wie Kühlschrank, Klimaanlage, Wasserpumpe und Rauchabzugsventilator mit Elektromotor umfasst (die Anlaufleistung des Elektromotors beträgt das 3- bis 5-fache seiner Nennleistung), dann ist die Die Anlaufleistung dieser Lasten sollte ebenfalls berücksichtigt werden. Mit anderen Worten: Die Anlaufleistung dieser Lasten sollte kleiner sein als die maximale Spitzenleistung des Wechselrichters.

Nachfolgend finden Sie die Formel für die Leistungsauswahl des Solarwechselrichters, die nur als Referenz für die Konstruktion dient.

Leistung des Wechselrichters = (Leistung der Last * Margenfaktor)/Leistungsfaktor des Wechselrichters

Berechnung der Solarmodulkapazität

Der tagsüber von Solarmodulen erzeugte Strom dient teilweise der Verbrauchernutzung und der Rest dient dem Laden der Speicherbatterie. Wenn die Nacht hereinbricht oder die Sonneneinstrahlung nicht mehr ausreicht, wird der Strom in den Akkus für die Verbrauchernutzung entladen. Daraus lässt sich erkennen, dass der gesamte von der Last verbrauchte Strom aus dem Strom stammt, der tagsüber von Photovoltaikmodulen erzeugt wird, wenn kein Stromnetz vorhanden ist oder wenn der Dieselmotor als zusätzliche Energiequelle dient. Unter Berücksichtigung der Unterschiede in der Beleuchtungsintensität zu verschiedenen Jahreszeiten und in unterschiedlichen Regionen sollte die Kapazitätsauslegung des Solarmoduls in der Lage sein, den Bedarf auch in der schlechtesten Jahreszeit mit Sonnenschein zu decken, um den zuverlässigen Betrieb des Solarsystems sicherzustellen. Nachfolgend finden Sie die Formel zur Berechnung der Solarpanelkapazität:

Leistung des Solarmoduls = (Tageslaststromverbrauch * Margenfaktor)/ (Höchste Sonnenstunden des schlechtesten Monats * Effizienz des Systems)

Berechnung der Batteriekapazität

Die Batterien des netzunabhängigen Solarstromsystems dienen hauptsächlich der Speicherung von Energie und stellen sicher, dass die Last normal arbeiten kann, wenn die Sonneneinstrahlung nicht ausreicht. Im Hinblick auf die netzunabhängige Photovoltaikanlage für wichtige Geräte sollte bei der Auslegung der Batteriekapazität die Anzahl der lokal am längsten bewölkten und regnerischen Tage berücksichtigt werden. Das gewöhnliche netzunabhängige Solarsystem stellt keine so hohen Anforderungen an die Stromversorgung der Last und angesichts der Kosten des Systems kann die Anzahl der bewölkten und regnerischen Tage unberücksichtigt bleiben und die Lastnutzung entsprechend der tatsächlichen Situation angepasst werden Beleuchtungsintensität.

Darüber hinaus verwenden die meisten netzunabhängigen Solar-PV-Systeme Blei-Säure-Batterien, deren Entladungstiefe im Allgemeinen zwischen 0,5 und 0,7 liegt. Die zu wählende Kapazität der Batterien kann sich nach folgender Formel richten:

Kapazität der Batterien = (Täglicher Stromverbrauch × Anzahl aufeinanderfolgender regnerischer und bewölkter Tage) / Entladetiefe der Batterien

Auswahl des Solarladereglers

Der Solarladeregler ist ein Gerät, das das Laden und Entladen des Stroms vom Solarpanel zu den Batterien verwaltet. Die beiden Schlüsselfaktoren für die Auswahl eines geeigneten Ladereglers sind die Nennspannung und der Nennstrom. Die Nennspannung des Ladereglers entspricht der Betriebsspannung der Batterien im Solarsystem. Der Nennstrom lässt sich grob berechnen, indem man die Leistung des Solarpanels durch die Spannung der Batterien dividiert, wobei aus Sicherheitsgründen ein Spielraum von 25 % vorgesehen ist.

Darüber hinaus gibt es zwei Arten von Solarladereglern auf dem Markt: PWM und MPPT. Im Allgemeinen ist der Preis für einen PWM-Solarladeregler günstiger als für einen MPPT und er eignet sich besser für kleine Solarwechselrichtersysteme. Aufgrund seiner einzigartigen Vorteile gegenüber den anderen ist der MPPT-Solarladeregler jedoch kostengünstiger. Es kann basierend auf einem spezifischen Designplan ausgewählt werden.

Ein typischer Entwurfsplan für ein netzunabhängiges 10-kVA-Solarstromsystem

Projekthintergrund: Entwurf eines netzunabhängigen Solarsystems für eine Schule, um ihren täglichen Stromverbrauch zu decken.

1. Umfrage zum Strombedarf

Eine Erhebung der Kundenanforderungen sollte bereits in der frühen Phase der Entwurfsplanung durchgeführt werden. Die Angaben zum Laststromverbrauch sollten korrekt sein. Nachfolgend finden Sie weitere Details:

2. Auswahl des Solarwechselrichters

Die Last des Kunden umfasst hauptsächlich die Beleuchtung des Klassenzimmers, Ventilatoren im Klassenzimmer, Beleuchtung öffentlicher Plätze, Wandbeleuchtung, Rundfunksystem usw. Die Gesamtlastleistung beträgt 6,84 % kW und die Leistung des Solarwechselrichters sollte nicht kleiner als 9,8 kVA sein. Entsprechend dieser Anforderungen kann der 10-kVA-Solarwechselrichter mit MPPT-Laderegler ausgewählt werden, der als Wechselrichter und Laderegler in einer Einheit fungiert.

3. Berechnung der Solarmodulkapazität

Aus der Kundennachfragebefragung geht hervor, dass der durchschnittliche tägliche Stromverbrauch der Schule bei etwa 61,5 kWh liegt. Da die Lichtverhältnisse vor Ort günstig sind, kann die tägliche Sonnenscheindauer auf 4,23 Stunden berechnet werden. Das Solarpanel ist mit einem 1,1-fachen Aufmaß konfiguriert. In diesem Design werden 88 Polykristall-Photovoltaikmodule mit 270 W und einer Gesamtleistung von 23,76 W und einer durchschnittlichen täglichen Stromerzeugung von 100,5 kWh verwendet. Der Systemwirkungsgrad liegt im Allgemeinen bei etwa 0,8, sodass der tägliche Stromverbrauch 80 kWh beträgt.

4. Berechnung der Batteriekapazität

Die Beleuchtung der Schule erfolgt normalerweise nachts. Unter Berücksichtigung der Lebensdauer der Batterien sollte die Batteriekapazität entsprechend erhöht werden und die Batterie-Backup-Zeit beträgt zwei Tage, wie vom Kunden gefordert. Die Entladetiefe des Akkus ist auf 0,7 eingestellt. Bei diesem Projekt werden 110-Knoten-1000AH/2V-Gelbatterien in Reihe geschaltet, deren Gesamtkapazität etwa 220.000 VAH beträgt und die nutzbare Strommenge etwa 154 kWh beträgt, was den Strombedarf einer zweitägigen Notstromversorgung decken kann.