¿Cómo diseñar un sistema de energía solar fuera de la red?

Hoy en día, todavía hay una gran cantidad de personas que viven en áreas empobrecidas o remotas, que están lejos de las centrales eléctricas y las redes eléctricas públicas. Debido a la escasez de energía o incluso sin energía, no pueden disfrutar de la información y la comodidad que brinda la civilización moderna. El sistema de energía solar fuera de la red es un sistema de suministro de energía renovable independiente y autosuficiente, que puede resolver sus demandas básicas de uso de energía.

Un sistema fotovoltaico solar fuera de la red típico se compone de seis partes, incluidos los paneles solares, el soporte, el controlador de carga solar, Inversor aislado , baterías y caja de distribución. Las celdas solares están conectadas al controlador de carga solar, produce la energía para satisfacer primero el uso diario del usuario y luego la energía superflua se almacena en las baterías para su uso durante la noche y durante los días nublados y lluviosos. Cuando se agota la energía de las baterías, la mayoría de los inversores pueden admitir la entrada de la red eléctrica (o el generador diésel) como fuente de energía complementaria para la carga.

El diseño del sistema de energía solar fuera de la red es diferente del sistema de energía solar conectado a la red. El primero debe tener en cuenta muchos factores, incluida la carga, la cantidad de electricidad diaria y las condiciones climáticas locales, etc., para elegir diferentes planes de diseño de acuerdo con las demandas prácticas de los clientes. Por lo tanto, el sistema solar fotovoltaico fuera de la red es comparativamente complejo.

Conozca la potencia de su carga

Para garantizar la confiabilidad del sistema fotovoltaico fuera de la red, es muy necesario realizar un estudio exhaustivo de las demandas de electricidad de los clientes. Es decir, debe averiguar cuánta energía necesita, incluidas las clasificaciones de potencia de todos los electrodomésticos o dispositivos, el tiempo de funcionamiento y el consumo diario de electricidad (es decir, cuántos kilovatios-hora es en total). Después de eso, el diseño del sistema de energía solar fuera de la red se basa principalmente en estos datos, incluida la selección del inversor solar, el cálculo de la capacidad del panel solar y el cálculo de la capacidad de las baterías.

Selección de inversor solar

La potencia nominal del inversor solar a seleccionar no debe ser menor que la potencia total de las cargas. Sin embargo, considerando la vida útil y la expansión de la capacidad de seguimiento del inversor, se debe dejar cierto margen de seguridad para la potencia del inversor, que generalmente es de 1,2 a 1,5 veces la potencia de la carga.

Además, si la carga incluye los electrodomésticos sensibles, como el refrigerador, el aire acondicionado, la bomba de agua y el extractor de humos con motor eléctrico (la potencia de arranque del motor eléctrico es de 3 a 5 veces su potencia nominal), entonces el También se debe tener en cuenta la potencia de arranque de estas cargas. En otras palabras, la potencia de arranque de esta carga debe ser menor que la potencia de sobretensión máxima del inversor.

A continuación se muestra la fórmula para la selección de energía del inversor solar, que es solo para referencia en el diseño.

Potencia del inversor = (Potencia de la carga * Factor de margen)/ Factor de potencia del inversor

Cálculo de la capacidad del panel solar

La energía generada por los módulos de paneles solares durante el día es en parte para el uso de la carga y el resto es para cargar la batería de almacenamiento. Cuando llega la noche o cuando la radiación solar es inadecuada, la electricidad en los acumuladores se descargará para el uso de la carga. Así, se puede observar que toda la electricidad consumida por la carga proviene de la electricidad generada por los módulos fotovoltaicos durante el día, cuando no hay suministro de red o cuando el motor diesel sirve como fuente de energía suplementaria. Teniendo en cuenta las diferencias de intensidad de iluminación en diferentes estaciones y en diferentes regiones, el diseño de capacidad del panel solar debe ser capaz de satisfacer las demandas incluso en la peor temporada de iluminación solar para garantizar el funcionamiento confiable del sistema solar. A continuación se muestra la fórmula para calcular la capacidad del panel solar:

Potencia del panel solar = (Consumo eléctrico diario de carga * Factor de margen)/ (Horas de sol pico del peor mes * Eficiencia del sistema)

Cálculo de la capacidad de las baterías

Las baterías del sistema de energía solar fuera de la red se utilizan principalmente para almacenar energía y garantizar que la carga pueda funcionar normalmente cuando la radiación solar es insuficiente. En términos del sistema fotovoltaico solar fuera de la red para equipos importantes, el diseño de la capacidad de las baterías debe tener en cuenta la cantidad de días nublados y lluviosos locales más largos. El sistema solar ordinario fuera de la red no tiene un requisito tan alto de suministro de energía para la carga y, considerando el costo del sistema, la cantidad de días nublados y lluviosos puede dejarse sin considerar, y el uso de la carga puede ajustarse de acuerdo con el real intensidad de iluminación.

Además, la mayoría de los sistemas solares fotovoltaicos fuera de la red adoptan baterías de plomo-ácido, cuya profundidad de descarga generalmente oscila entre 0,5 y 0,7. La capacidad de las baterías a elegir puede referirse a la siguiente fórmula:

Capacidad de las baterías = (Consumo diario de electricidad × Número de días lluviosos y nublados sucesivos) / Profundidad de descarga de las baterías

Selección del controlador de carga solar

El controlador de carga solar es un dispositivo que gestiona la carga y descarga de energía del panel solar a las baterías. Los dos factores clave para seleccionar un controlador de carga adecuado son la tensión y la corriente nominales. El voltaje nominal del controlador de carga en línea con el voltaje de funcionamiento de las baterías en el sistema solar. En cuanto a la clasificación actual, se puede calcular aproximadamente dividiendo la potencia del panel solar por el voltaje de las baterías, y también reservar un margen del 25% para consideraciones de seguridad.

Además, existen dos tipos de controladores de carga solar en el mercado, PWM y MPPT. En general, el controlador de carga solar PWM tiene un precio más bajo que el MPPT y es más adecuado para un sistema inversor de energía solar pequeño. Sin embargo, el controlador de carga solar MPPT es más rentable debido a sus ventajas únicas sobre los demás. Se puede seleccionar según un plan de diseño específico.

Un plan de diseño típico para un sistema de energía solar fuera de la red de 10 kVA

Antecedentes del proyecto: Diseñar un sistema solar aislado de la red para que una escuela satisfaga su consumo diario de energía.

1. Encuesta de demanda eléctrica

Se debe realizar una encuesta de las demandas del cliente en la etapa inicial del plan de diseño. La información sobre el consumo de energía de la carga debe ser precisa. A continuación hay más detalles:

2. Elegir inversor solar

La carga del cliente incluye principalmente la iluminación de las aulas, los ventiladores de las aulas, la iluminación de los lugares públicos, la iluminación de las paredes, el sistema de transmisión, etc. La potencia de carga total es de 6,84 % kW y la potencia del inversor solar no debe ser inferior a 9,8 kVA. De acuerdo con estos requisitos, se puede seleccionar el inversor solar de 10 kVA con controlador de carga MPPT, que cumple la función de inversor y controlador de carga en una sola unidad.

3. Cálculo de la capacidad del panel solar

De acuerdo con la encuesta de demanda de clientes, se puede observar que el consumo eléctrico promedio diario de la escuela es de alrededor de 61,5kWh. Las condiciones de iluminación local son favorables, puede calcular la duración diaria de la luz solar en 4,23 h. El panel solar está configurado con 1,1 pliegues de tolerancia. En este diseño, se adoptan 88 piezas de módulos fotovoltaicos de policristal de 270W con una potencia total de 23,76W y una generación de energía diaria promedio de 100,5kWh. La eficiencia del sistema es generalmente de alrededor de 0,8, por lo que el consumo diario de electricidad es de 80kWH.

4. Cálculo de la capacidad de las baterías

La iluminación de la escuela suele ser durante la noche. Teniendo en cuenta la vida útil de las baterías, la capacidad de la batería debe aumentarse adecuadamente y el tiempo de respaldo de la batería es de dos días según lo requiera el cliente. La profundidad de descarga de la batería se establece en 0,7. Este proyecto adopta baterías de gel de 1000AH/2V de 110 nodos en serie, cuya capacidad total es de alrededor de 220,000VAH, y la cantidad de electricidad utilizable es de alrededor de 154kWH, lo que puede satisfacer la demanda de energía de dos días de tiempo de respaldo.