Hoy presentaremos un diseño de un sistema fotovoltaico solar fuera de la red de 5 kW para un pequeño piscicultor, incluyendo la configuración y algunos métodos de cálculo paso a paso.
Hay algunos datos básicos que deben aclararse para la preparación del diseño del sistema de energía solar.
- Primero, se debe identificar el voltaje y la fase del usuario, ya sea monofásico AC 110V, 120V, 220V, 230V o 240V, o trifásico AC 380V, 440V, 480V, etc. Esto determina la especificación de salida del inversor solar.
- Segundo, se debe confirmar el tipo de carga, ya sea carga inductiva o resistiva, porque el tipo de carga puede determinar la potencia en carga y la forma de onda de salida del inversor.
- Tercero, se debe determinar el tiempo de operación a plena carga, es decir, el consumo promedio diario de electricidad. En el caso de una estación de generación fotovoltaica conectada a la red, sin dispositivos de almacenamiento de energía, solo se necesita una potencia razonable del módulo fotovoltaico. En el caso de un sistema fotovoltaico solar fuera de la red, se debe calcular la capacidad de la batería, incluyendo la energía almacenada del sistema cuando no hay condiciones de generación fotovoltaica durante días consecutivos nublados y lluviosos.
Diseño de sistema solar fuera de la red de 5000W
Ahora tomamos como estudio de caso el diseño de un sistema solar fuera de la red para un pequeño piscicultor cerca de un lago. Debido a la construcción de la red eléctrica a larga distancia, no solo el costo es alto, sino que también las pérdidas de potencia en el conductor y la caída de voltaje son grandes. Además, la estabilidad del uso de la energía no puede garantizarse debido a los tifones, y las fallas accidentales de energía ocurren con frecuencia, lo que puede afectar el uso de energía para la producción y la vida. Por lo tanto, se adopta el inversor solar fuera de la red. La intensidad de radiación solar durante el día es alta, y la energía generada por el sistema solar se suministra directamente a la salida del inversor solar para apoyar el funcionamiento de los dispositivos eléctricos. Al mismo tiempo, las baterías se cargan y proporcionan energía a los dispositivos a través del inversor durante la noche.
1. Estudio de la demanda eléctrica
Aquí hay algunos datos básicos que se deben conocer antes. El voltaje en la vida diaria es AC 220V 50Hz, y los aparatos o dispositivos comúnmente usados incluyen:
Diez bombas de oxígeno para estanques de peces (300W)
Un televisor + receptor satelital (200W)
Una olla eléctrica (750W)
Una cocina de inducción (2,000W)
Un refrigerador pequeño (100W)
Iluminación (100W)
Estos dispositivos no se usan simultáneamente. La bomba de oxígeno funciona durante el día cuando hay radiación solar, pero descansa por la noche. La potencia de los otros dispositivos es alrededor de 3000W, y su consumo diario de electricidad es aproximadamente 10 kilovatios. Dado que la iluminación en la superficie del lago es adecuada, no se considera la electricidad almacenada para días nublados y lluviosos.
2. Inversor solar
Según los datos proporcionados por los usuarios, en este diseño de sistema fotovoltaico solar fuera de la red, se adopta un inversor solar todo en uno con controlador de carga MPPT. Este inversor solar de 5000W con controlador de carga MPPT tiene una capacidad de potencia de 48V 7kV, factor de potencia ≥0.8 y eficiencia de conversión ≥85%. La potencia real en carga puede alcanzar los 5000W, lo que satisface los requisitos de potencia de salida de los dispositivos del usuario.
3. Capacidad de la batería
Este sistema solar fuera de la red utiliza baterías de plomo-ácido comúnmente usadas como almacenamiento de energía, que tienen gran capacidad y una alta relación costo-beneficio. La cantidad de energía reservada de la batería es de 10KWh. Dado que el voltaje de entrada DC del inversor solar es 48V DC, la capacidad teórica de la batería se puede calcular como sigue:
10,000VAh/48V=208Ah
Según los estándares tecnológicos relevantes para las baterías, establecer la tasa de descarga de la batería en 0.5C2 es relativamente económico y confiable, lo que puede asegurar los ciclos de carga y descarga de la batería y extender efectivamente su vida útil. Gracias a la abundante iluminación en el lago, el fotovoltaico adopta directamente la salida del inversor durante el día, sin pasar por repetidos procesos de descarga de las baterías. El consumo eléctrico de los dispositivos por la noche es pequeño y la duración de descarga es corta. Por lo tanto, este diseño aumenta adecuadamente la capacidad de descarga de la batería a 0.6C2. Entonces, la capacidad real de las baterías puede ser:
208Ah/0.6 = 347Ah.
Aquí, la capacidad de la batería se establece en 400Ah, por lo que la capacidad total es 48V 400Ah. Las baterías de plomo-ácido son de 12V 200Ah cada una. Cuatro piezas se conectan en serie, y cuatro en paralelo. Por lo tanto, se necesitan ocho baterías en total.
4. Potencia del módulo del panel solar
Después de calcular la capacidad de las baterías, se calcula la potencia del módulo del panel solar. El lago está ubicado en una zona con alta intensidad de radiación solar, y el tiempo efectivo de sol es de hasta 6 horas. Se eligen módulos fotovoltaicos de silicio policristalino, con una eficiencia de conversión fotoeléctrica de hasta el 16%.
La generación de energía solar se puede calcular con la siguiente ecuación:
Generación del sistema = Potencia del módulo del panel solar × Duración del sol × Coeficiente de coligación.
El coeficiente de coligación se refiere al coeficiente de pérdida causado por cambios de temperatura, pérdidas en líneas y eficiencia de conversión del controlador de carga solar (o inversor). Su valor generalmente se establece entre 0.5 y 0.7, y en este caso, el coeficiente de coligación es 0.6. Por lo tanto, la potencia del módulo fotovoltaico es:
48V × 400Ah / (6h × 0.6) = 5333W
La especificación del módulo del panel PV es 36V 275W, sus dimensiones son 1900×980×45mm y su área es de 2 metros cuadrados. Cada dos piezas (72V) se conectan en serie formando un grupo. Luego, hay diez grupos conectados en paralelo. En total, se requieren 20 módulos solares, con una potencia total de 72V 5500W. El área del arreglo solar del módulo fotovoltaico es de 40 metros cuadrados.
5. Caja combinadora fotovoltaica anti-rayos
La caja combinadora fotovoltaica se usa para reducir la conexión entre el arreglo de módulos fotovoltaicos y el inversor. El usuario puede conectar módulos fotovoltaicos de cierta cantidad y con las mismas especificaciones para formar el arreglo fotovoltaico. Luego, conectar varios módulos en serie y en paralelo dentro de la caja combinadora fotovoltaica. Después de la confluencia en la caja combinadora, la energía puede ser enviada al inversor a través del interruptor DC.
El lago pertenece a una zona con frecuentes tormentas eléctricas. Los cobertizos aislados y los bosques circundantes son vulnerables a los rayos. Por lo tanto, la estación fotovoltaica debe prestar atención a la protección contra rayos de los dispositivos. Introducir un módulo anti-rayos de alta tensión DC puede proteger eficazmente la seguridad de uso del inversor, el gabinete de distribución AC y otros dispositivos. Al mismo tiempo, el diodo anti-retroceso de alta potencia dentro de la caja combinadora puede evitar eficazmente la descarga inversa de las baterías hacia el módulo y el posible daño del módulo cuando no hay generación fotovoltaica durante la noche.
6. Soporte fotovoltaico y cableado
El soporte para panel solar es un accesorio indispensable para el sistema fotovoltaico, que fija el módulo fotovoltaico. El usuario también puede instalar el soporte en el sitio para reducir costos, asegurar el módulo y resistir la oxidación.
El cable es un conductor que conecta el módulo, el inversor y el gabinete de distribución DC. Parte del cable se usa al aire libre. Considerando la exposición prolongada al sol y la lluvia, se puede elegir un cable resistente a altas temperaturas, oxidación y rayos UV para garantizar el funcionamiento normal del sistema. El cable debe ser de núcleo de cobre macizo con gran sección transversal y baja resistencia para reducir la caída de voltaje causada por la distancia larga, lo que, si no se previene, podría afectar la eficiencia de generación de energía.
En resumen, el estudio de caso anterior ofrece una introducción completa al diseño del sistema fotovoltaico solar fuera de la red. Se espera que esta introducción le sea útil.
