Hoy en día, todavía hay un gran número 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 a la falta de ella, no pueden disfrutar de la información y la comodidad que trae 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 típico de energía solar fotovoltaica fuera de la red está compuesto por seis partes, incluyendo paneles solares, el soporte, el controlador de carga solar, inversor fuera de la red, baterías y caja de distribución. Las células solares están conectadas al controlador de carga solar, que produce la energía para satisfacer primero el uso diario del usuario, y luego la energía sobrante se almacena en las baterías para su uso durante la noche y en días nublados y lluviosos. Cuando se agota la energía en las baterías, la mayoría de los inversores pueden soportar la entrada de suministro de red (o el generador diésel) como fuente de energía suplementaria para la carga.
El diseño del sistema de energía solar fuera de la red es diferente al del sistema solar conectado a la red. El primero necesita considerar muchos factores, incluyendo la carga, la cantidad diaria de electricidad y las condiciones climáticas locales, entre otros, para elegir diferentes planes de diseño según las demandas prácticas de los clientes. Por lo tanto, el sistema fotovoltaico solar fuera de la red es comparativamente complejo.
Conozca cuánta energía consume su carga
Para garantizar la fiabilidad del sistema fotovoltaico fuera de la red, es muy necesario realizar una encuesta exhaustiva de las demandas eléctricas del cliente. Es decir, debe determinar cuánta energía necesita, incluyendo las potencias nominales de todos los electrodomésticos o dispositivos, el tiempo de funcionamiento y el consumo diario de electricidad (es decir, cuántos kilovatios-hora son en total). Después de eso, el diseño del sistema de energía solar fuera de la red se basa principalmente en estos datos, incluyendo la selección del inversor solar, el cálculo de la capacidad del panel solar y el cálculo de la capacidad de las baterías.
Selección del 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 futura expansión de capacidad del inversor, se debe dejar un 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 electrodomésticos sensibles, como el refrigerador, aire acondicionado, bomba de agua y ventilador de extracción de humo con motor eléctrico (la potencia de arranque del motor eléctrico es de 3 a 5 veces su potencia nominal), entonces también se debe tener en cuenta la potencia de arranque de estas cargas. En otras palabras, la potencia de arranque de estas cargas debe ser menor que la potencia máxima de pico del inversor.
A continuación se muestra la fórmula para la selección de la potencia del inversor solar, que es solo una referencia para 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 del panel solar durante el día se utiliza en parte para la carga, y el resto para cargar la batería de almacenamiento. Cuando llega la noche o cuando la radiación solar es insuficiente, la electricidad almacenada en las baterías se descarga para el uso de la carga. Por lo tanto, se puede ver 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 diésel sirve como fuente de energía suplementaria. Considerando las diferencias en la intensidad de la iluminación en diferentes estaciones y regiones, el diseño de la capacidad del panel solar debe ser capaz de satisfacer las demandas incluso en la peor temporada de iluminación solar para asegurar el funcionamiento confiable del sistema solar. A continuación se muestra la fórmula para calcular la capacidad del panel solar:
Potencia del panel solar = (Consumo diario de electricidad de la carga * Factor de margen) / (Horas pico de sol del mes más desfavorable * 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 asegurar que la carga pueda funcionar normalmente cuando la radiación solar es insuficiente. En cuanto al sistema fotovoltaico solar fuera de la red para equipos importantes, el diseño de la capacidad de las baterías debe considerar el número de días consecutivos más largos de nublado y lluvia en la localidad. El sistema solar fuera de la red ordinario no tiene un requisito tan alto de suministro de energía para la carga y, considerando el costo del sistema, se puede no considerar el número de días nublados y lluviosos, y el uso de la carga puede ajustarse según la intensidad real de la iluminación.
Además, la mayoría de los sistemas fotovoltaicos solares fuera de la red utilizan baterías de plomo-ácido, cuya profundidad de descarga generalmente varía 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 consecutivos de lluvia y nublado) / 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 la energía del panel solar a las baterías. Los dos factores clave para seleccionar un controlador de carga adecuado son el voltaje y la corriente nominales. El voltaje nominal del controlador de carga debe coincidir con el voltaje de operación de las baterías en el sistema solar. En cuanto a la corriente nominal, se puede calcular aproximadamente dividiendo la potencia del panel solar por el voltaje de las baterías, y también reservar un margen del 25% por seguridad.
Además, existen dos tipos de controladores de carga solar en el mercado, PWM y MPPT. Generalmente, el controlador de carga solar PWM tiene un precio más bajo que el MPPT y es más adecuado para sistemas pequeños de inversores solares. Sin embargo, el controlador de carga solar MPPT es más rentable debido a sus ventajas únicas sobre los demás. Puede seleccionarse según el plan de diseño específico.
Un plan de diseño típico para un sistema solar fuera de la red de 10kVA
Antecedentes del proyecto: Diseñar un sistema solar fuera de la red para una escuela que satisfaga su consumo diario de energía.
1. Encuesta sobre la 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, más detalles:
2. Selección del inversor solar
La carga del cliente incluye principalmente la iluminación de las aulas, ventiladores de aula, iluminación de lugares públicos, iluminación de paredes, sistema de megafonía, etc. La potencia total de la carga es de 6.84 kW y la potencia del inversor solar no debe ser menor a 9.8 kVA. Según estos requisitos, se puede seleccionar un inversor solar de 10kVA 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
Según la encuesta de demanda del cliente, se observa que el consumo diario promedio de electricidad de la escuela es de alrededor de 61.5 kWh. Las condiciones locales de iluminación son favorables, calculándose la duración diaria de sol en 4.23 horas. El panel solar se configura con un margen de 1.1 veces. En este diseño, se adoptan 88 módulos fotovoltaicos policristalinos de 270W con una potencia total de 23.76 kW y una generación diaria promedio de 100.5 kWh. La eficiencia del sistema es generalmente alrededor de 0.8, por lo que el consumo diario de electricidad es de 80 kWh.
4. Cálculo de la capacidad de las baterías
La iluminación de la escuela suele ser durante la noche. Considerando la vida útil de las baterías, la capacidad de las baterías debe aumentarse adecuadamente, y el tiempo de respaldo de la batería es de dos días según lo requerido por el cliente. La profundidad de descarga de la batería se establece en 0.7. Este proyecto adopta baterías de gel de 110 nodos 1000AH/2V en serie, cuya capacidad total es de alrededor de 220,000 VAH, y la cantidad utilizable de electricidad es de alrededor de 154 kWh, lo que puede satisfacer la demanda de energía para un tiempo de respaldo de dos días.
