Dziś przedstawimy projekt 5kW autonomicznego systemu fotowoltaicznego dla małego hodowcy ryb, w tym konfigurację oraz niektóre metody obliczeniowe krok po kroku.
Istnieją pewne podstawowe dane, które należy wyjaśnić przed przygotowaniem projektu systemu fotowoltaicznego.
- 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 słonecznego.
- Po drugie, należy potwierdzić typ obciążenia, czy jest to obciążenie indukcyjne, czy rezystancyjne, ponieważ typ obciążenia wpływa na moc falownika pod obciążeniem oraz 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 rozsądna 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
Teraz przedstawimy projekt autonomicznego systemu solarnego dla małego hodowcy ryb nad jeziorem jako studium przypadku. 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 falownik solarny autonomiczny. 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 telewizor + odbiornik satelitarny (200W)
Jeden elektryczny garnek (750W)
Jeden indukcyjny kuchenkę (2000W)
Mała lodówka (100W)
Oświetlenie (100W)
Te urządzenia 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 podanymi przez użytkowników, w tym projekcie autonomicznego systemu fotowoltaicznego zastosowano falownik solarny typu all-in-one z regulatorem ładowania MPPT. Ten falownik solarny 5000W z regulatorem MPPT ma moc 48V 7kV, 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 = 208 Ah
Zgodnie z odpowiednimi normami technologicznymi dla akumulatorów, ustawienie współczynnika rozładowania na 0,5C2 jest ekonomicznie uzasadnione i zapewnia cykliczne ładowanie i rozładowanie, co skutecznie wydłuża żywotność baterii. Dzięki dużemu nasłonecznieniu nad jeziorem, fotowoltaika bezpośrednio zasila wyjście falownika w ciągu dnia, bez powtarzających się cykli rozładowania baterii. Zużycie energii elektrycznej urządzeń nocą jest niewielkie, a czas rozładowania krótki. Dlatego w tym projekcie pojemność rozładowania baterii zwiększono do 0,6C2. Wówczas rzeczywista pojemność baterii wynosi:
208 Ah / 0,6 = 347 Ah.
W tym przypadku pojemność baterii ustalono na 400 Ah, 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 oblicza się 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 wynoszącej 16%.
Generacja energii słonecznej może być obliczona według wzoru:
Moc systemu = Moc modułu paneli słonecznych × Czas nasłonecznienia × Współczynnik strat.
Współczynnik strat odnosi się do strat spowodowanych zmianami temperatury, stratami w przewodach oraz sprawnością regulatora ładowania (lub falownika). Jego wartość zwykle wynosi od 0,5 do 0,7, a w tym przypadku przyjęto 0,6. Zatem 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. Fotowoltaiczne pudełko łączeniowe z ochroną przeciwprzepięciową
Pudełko łączeniowe fotowoltaiczne 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 pudełku łączeniowym. Po połączeniu w pudełku łączeniowym 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 urządzeń przed wyładowaniami. Wprowadzenie modułu przeciwprzepięciowego DC wysokiego napięcia skutecznie chroni falownik, rozdzielnicę AC i inne urządzenia. Jednocześnie dioda przeciwprądowa o dużej mocy w pudełku łączeniowym zapobiega cofnięciu się prądu z baterii do modułu i jego uszkodzeniu podczas braku generacji fotowoltaicznej w nocy.
6. Konstrukcja wspornika paneli i kable
Wspornik paneli słonecznych jest niezbędnym elementem systemu fotowoltaicznego, służącym do mocowania modułów. Użytkownik może również samodzielnie zamontować wspornik na miejscu, co obniża koszty, stabilizuje moduły i chroni przed korozją.
Kabel to przewód łączący 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, powyższe studium przypadku stanowi kompleksowe wprowadzenie do projektowania autonomicznego systemu fotowoltaicznego. Mamy nadzieję, że powyższe informacje będą dla Państwa pomocne.
