Dziś przedstawimy projekt 5kW autonomicznego systemu fotowoltaicznego dla małego hodowcy ryb, w tym konfigurację i niektóre metody obliczeniowe krok po kroku.
Istnieją podstawowe dane, które należy wyjaśnić przed przygotowaniem projektu systemu solarnego.
- Przede wszystkim należy określić napięcie i fazę użytkownika, czy jest to jednofazowe AC 110V, 120V, 220V, 230V lub 240V, czy trójfazowe AC 380V, 440V, 480V itd. Decyduje to o specyfikacji wyjściowej falownika solarnego.
- Po drugie, należy potwierdzić typ obciążenia, czy jest to obciążenie indukcyjne, czy rezystancyjne, ponieważ typ obciążenia wpływa na moc falownika pod obciążeniem i kształt fali wyjściowej.
- Po trzecie, należy określić czas pracy przy pełnym obciążeniu, czyli średnie dzienne zużycie energii elektrycznej. W przypadku stacji fotowoltaicznej podłączonej do sieci, bez urządzeń magazynujących energię, potrzebna jest tylko odpowiednia moc modułu fotowoltaicznego. W przypadku autonomicznego systemu fotowoltaicznego należy obliczyć pojemność baterii, uwzględniając samodzielnie magazynowaną energię systemu na dni pochmurne i deszczowe bez warunków generacji energii słonecznej.
Projekt autonomicznego systemu solarnego 5000W
Przykładem jest projekt autonomicznego systemu solarnego dla małego hodowcy ryb nad jeziorem. Ze względu na dużą odległość od sieci energetycznej, koszty budowy są wysokie, a straty mocy i spadki napięcia w przewodach znaczne. Ponadto stabilność zasilania nie jest zapewniona z powodu tajfunów, a częste awarie prądu wpływają na produkcję i życie. Dlatego zastosowano autonomiczny falownik solarny. Natężenie promieniowania słonecznego w ciągu dnia jest wysokie, a energia generowana przez system solarno-fotowoltaiczny jest bezpośrednio dostarczana do wyjścia falownika, wspierając działanie urządzeń elektrycznych. Jednocześnie baterie są ładowane i zapewniają zasilanie urządzeniom przez falownik w nocy.
1. Badanie zapotrzebowania na energię elektryczną
Oto podstawowe dane do poznania. Napięcie w codziennym użytkowaniu to AC 220V 50Hz, a najczęściej używane urządzenia to:
Dziesięć zestawów pomp napowietrzających do stawów rybnych (300W)
Jeden zestaw telewizora + odbiornik satelitarny (200W)
Jeden elektryczny garnek (750W)
Jeden indukcyjny kuchenkę (2000W)
Mała lodówka (100W)
Oświetlenie (100W)
Urządzenia te nie są używane jednocześnie. Pompy napowietrzające działają w ciągu dnia przy nasłonecznieniu, a nocą są wyłączone. Moc pozostałych urządzeń wynosi około 3000W, a ich dzienne zużycie energii to około 10 kilowatogodzin. Ponieważ oświetlenie powierzchni jeziora jest wystarczające, samodzielnie magazynowana energia na dni pochmurne i deszczowe nie jest brana pod uwagę.
2. Falownik solarny
Zgodnie z danymi użytkownika, w tym projekcie autonomicznego systemu PV zastosowano falownik solarny typu all-in-one z regulatorem ładowania MPPT. Ten falownik solarny 5000W z regulatorem MPPT ma moc 48V 7kW, współczynnik mocy ≥0,8 oraz sprawność konwersji ≥85%. Rzeczywista moc pod obciążeniem może osiągnąć 5000W, co spełnia wymagania mocy wyjściowej urządzeń użytkownika.
3. Pojemność baterii
W tym autonomicznym systemie solarnym zastosowano popularne akumulatory kwasowo-ołowiowe jako magazyn energii, które mają dużą pojemność i korzystny stosunek ceny do jakości. Zapas energii w akumulatorze wynosi 10 kWh. Ponieważ napięcie wejściowe DC falownika solarnego to 48V DC, teoretyczną pojemność akumulatora można obliczyć następująco:
10 000 VAh / 48V = 208Ah
Zgodnie z odpowiednimi normami technologicznymi dotyczącymi akumulatorów, ustawienie współczynnika rozładowania na poziomie 0,5C2 jest ekonomicznie uzasadnione i zapewnia odpowiednią liczbę cykli ładowania i rozładowania, co skutecznie wydłuża żywotność baterii. Dzięki dużemu nasłonecznieniu nad jeziorem, fotowoltaika bezpośrednio zasila falownik w ciągu dnia, bez konieczności wielokrotnego rozładowywania baterii. Zużycie energii elektrycznej przez urządzenia nocą jest niewielkie, a czas rozładowania krótki. Dlatego w tym projekcie zwiększono pojemność rozładowania baterii do 0,6C2. Wówczas rzeczywista pojemność baterii wynosi:
208Ah / 0,6 = 347Ah.
W projekcie pojemność baterii ustalono na 400Ah, co daje całkowitą pojemność 48V 400Ah. Akumulatory kwasowo-ołowiowe mają pojemność 12V 200Ah każda. Cztery sztuki połączono szeregowo, a cztery równolegle. W sumie potrzebnych jest osiem baterii.
4. Moc modułu paneli słonecznych
Po obliczeniu pojemności baterii, obliczana jest moc modułu paneli słonecznych. Jezioro znajduje się w miejscu o wysokim natężeniu promieniowania słonecznego, a efektywny czas nasłonecznienia wynosi aż 6 godzin. Wybrano polikrystaliczne moduły fotowoltaiczne o sprawności konwersji fotowoltaicznej na poziomie 16%.
Generacja energii słonecznej może być obliczona według wzoru:
Moc systemu = Moc modułu paneli słonecznych × Czas nasłonecznienia × Współczynnik korekcyjny.
Współczynnik korekcyjny uwzględnia straty spowodowane zmianami temperatury, straty w przewodach oraz sprawność regulatora ładowania (lub falownika). Zazwyczaj przyjmuje się wartość od 0,5 do 0,7, a w tym przypadku ustawiono go na 0,6. W związku z tym moc modułu fotowoltaicznego wynosi:
48V × 400Ah / (6h × 0,6) = 5333W
Specyfikacja modułu PV to 36V 275W, jego wymiary to 1900×980×45mm, a powierzchnia to 2 metry kwadratowe. Co dwa moduły (72V) łączy się szeregowo w jedną grupę. Następnie dziesięć takich grup łączy się równolegle. W sumie potrzebnych jest 20 modułów paneli słonecznych o łącznej mocy 72V 5500W. Powierzchnia paneli fotowoltaicznych wynosi 40 metrów kwadratowych.
5. Antyprzepięciowa skrzynka łączeniowa fotowoltaiczna
Skrzynka łączeniowa fotowoltaiczna służy do zmniejszenia połączeń między modułami fotowoltaicznymi a falownikiem. Użytkownik może połączyć określoną liczbę modułów o tych samych parametrach, tworząc łańcuch fotowoltaiczny. Następnie kilka modułów łączy się szeregowo i równolegle w skrzynce łączeniowej. Po połączeniu w skrzynce łączeniowej energia jest przekazywana do falownika przez wyłącznik DC.
Jezioro znajduje się na obszarze o częstych wyładowaniach atmosferycznych. Izolowane wiaty i otaczające lasy są narażone na uderzenia piorunów. Dlatego stacja fotowoltaiczna musi zwracać uwagę na ochronę przed wyładowaniami. Wprowadzenie modułu antyprzepięciowego DC o wysokim napięciu skutecznie chroni falownik, rozdzielnicę AC i inne urządzenia. Jednocześnie dioda antyprzepływowa o dużej mocy w skrzynce łączeniowej zapobiega cofnięciu się prądu z baterii do modułu i jego uszkodzeniu podczas braku generacji fotowoltaicznej w nocy.
6. Konstrukcja wspornika i kable fotowoltaiczne
Wspornik paneli słonecznych to niezbędny element systemu fotowoltaicznego, który mocuje moduły. Użytkownik może samodzielnie zamontować wspornik na miejscu, co obniża koszty, stabilizuje moduły i chroni je przed korozją.
Kabel łączy moduły, falownik i rozdzielnicę DC. Część kabla jest używana na zewnątrz. Ze względu na długotrwałe narażenie na działanie słońca i deszczu, należy wybrać kabel odporny na wysoką temperaturę, utlenianie i promieniowanie UV, aby zapewnić prawidłowe działanie systemu. Kabel powinien mieć miedziany rdzeń o dużym przekroju i niskim oporze, aby zmniejszyć spadki napięcia spowodowane dużą odległością, które mogłyby obniżyć efektywność generacji energii.
Podsumowując, powyższy przykład stanowi kompleksowe wprowadzenie do projektowania autonomicznego systemu fotowoltaicznego. Mamy nadzieję, że powyższe informacje będą dla Państwa pomocne.
