การออกแบบระบบพลังงานแสงอาทิตย์แบบออฟกริด 5000 วัตต์

วันนี้เราจะนำเสนอการออกแบบระบบพลังงานแสงอาทิตย์แบบโฟโตโวลตาอิกขนาด 5kW สำหรับเกษตรกรผู้เลี้ยงปลาแบบไม่เชื่อมต่อกับกริด รวมถึงการกำหนดค่าและวิธีการคำนวณบางอย่างทีละขั้นตอน.

มีข้อมูลพื้นฐานบางอย่างที่ต้องชี้แจงสำหรับการเตรียมการออกแบบระบบพลังงานแสงอาทิตย์

• ก่อนอื่นต้องระบุแรงดันไฟฟ้าและเฟสของผู้ใช้ ซึ่งอาจเป็นไฟฟ้ากระแสสลับแบบเฟสเดียว 110V, 120V, 220V, 230V หรือ 240V หรือไฟฟ้ากระแสสลับแบบสามเฟส 380V, 440V, 480V เป็นต้น ซึ่งจะกำหนดสเปคของ โซลาร์อินเวอร์เตอร์.
• ประการที่สอง ประเภทของโหลดควรได้รับการยืนยันว่าเป็นโหลดเหนี่ยวนำหรือโหลดต้านทาน เพราะประเภทของโหลดสามารถกำหนดกำลังไฟฟ้าของอินเวอร์เตอร์ในขณะทำงานและรูปคลื่นเอาต์พุตได้
• ประการที่สาม เวลาในการทำงานที่โหลดเต็มที่ ซึ่งหมายถึงการใช้ไฟฟ้าเฉลี่ยต่อวัน ควรกำหนด ในกรณีของสถานีผลิตไฟฟ้าจากพลังงานแสงอาทิตย์ที่เชื่อมต่อกับกริด จะไม่มีอุปกรณ์เก็บพลังงาน ดังนั้นจึงต้องการเพียงกำลังไฟฟ้าที่เหมาะสมของโมดูลพลังงานแสงอาทิตย์ ในกรณีของระบบพลังงานแสงอาทิตย์แบบออฟกริด ควรคำนวณความจุของแบตเตอรี่ รวมถึงพลังงานที่ระบบเก็บไว้เองเมื่อไม่มีเงื่อนไขการผลิตไฟฟ้าจากพลังงานแสงอาทิตย์ในช่วงวันที่มีเมฆมากและฝนตกต่อเนื่อง.

การออกแบบระบบพลังงานแสงอาทิตย์แบบออฟกริด 5000W

ตอนนี้เราจะนำเสนอการออกแบบระบบพลังงานแสงอาทิตย์แบบออฟกริดสำหรับเกษตรกรผู้เลี้ยงปลาในขนาดเล็กใกล้ทะเลสาบเป็นกรณีศึกษา เนื่องจากการก่อสร้างสายส่งไฟฟ้าระยะไกล ไม่เพียงแต่มีค่าใช้จ่ายสูง แต่ยังมีการสูญเสียพลังงานในสายส่งและการสูญเสียแรงดันไฟฟ้าที่สูงมาก ในขณะเดียวกัน ความเสถียรของการใช้พลังงานไม่สามารถรับประกันได้เนื่องจากพายุไต้ฝุ่น และการขัดข้องของไฟฟ้าเกิดขึ้นบ่อยครั้ง ซึ่งอาจส่งผลกระทบต่อการใช้พลังงานในการผลิตและชีวิต ดังนั้นจึงมีการนำอินเวอร์เตอร์พลังงานแสงอาทิตย์แบบออฟกริด มาใช้ ความเข้มของรังสีแสงอาทิตย์ในเวลากลางวันสูง และพลังงานที่ผลิตจากระบบพลังงานแสงอาทิตย์จะถูกส่งตรงไปยังเอาต์พุตของอินเวอร์เตอร์แสงอาทิตย์เพื่อสนับสนุนการทำงานของอุปกรณ์ไฟฟ้า ในขณะเดียวกัน แบตเตอรี่จะถูกชาร์จ และให้พลังงานสำหรับอุปกรณ์ผ่านอินเวอร์เตอร์ในเวลากลางคืน.

1. การสำรวจความต้องการไฟฟ้า

นี่คือข้อมูลพื้นฐานที่ควรทราบก่อนหน้านี้ แรงดันไฟฟ้าที่นี่ในชีวิตประจำวันคือ AC 220V 50Hz และอุปกรณ์หรือเครื่องใช้ที่ใช้กันทั่วไปประกอบด้วยหลักๆ ดังนี้:

เครื่องผลิตออกซิเจนสำหรับบ่อปลา จำนวน 10 ชุด (300W)
ชุดโทรทัศน์ + ตัวรับสัญญาณดาวเทียม (200W)
หม้อหุงข้าวไฟฟ้า 1 ใบ (750W)
เตาแม่เหล็กไฟฟ้า 1 ตัว (2,000W)
ตู้เย็นขนาดเล็กหนึ่งเครื่อง (100W)
แสงสว่าง (100W)

อุปกรณ์เหล่านี้ไม่ได้ใช้งานพร้อมกัน เครื่องปั๊มออกซิเจนทำงานในเวลากลางวันเมื่อมีรังสีจากดวงอาทิตย์ แต่จะหยุดทำงานในเวลากลางคืน กำลังไฟของอุปกรณ์อื่น ๆ อยู่ที่ประมาณ 3000W และการใช้ไฟฟ้ารายวันอยู่ที่ประมาณ 10 กิโลวัตต์ เนื่องจากการส่องสว่างของผิวน้ำทะเลสาบเพียงพอ ไฟฟ้าที่เก็บไว้เองในวันที่มีเมฆและฝนจึงไม่ได้ถูกนำมาพิจารณา.

2.อินเวอร์เตอร์พลังงานแสงอาทิตย์

ตามข้อมูลที่ผู้ใช้ให้ไว้ข้างต้น ในการออกแบบระบบพลังงานแสงอาทิตย์แบบออฟกริดนี้ ได้มีการนำอินเวอร์เตอร์พลังงานแสงอาทิตย์แบบรวมทุกอย่างที่มี MPPT charge controller มาใช้ อินเวอร์เตอร์พลังงานแสงอาทิตย์ขนาด 5000W ที่มี MPPT charge controller นี้มีความจุพลังงาน 48V 7kV, ปัจจัยกำลัง ≥0.8 และประสิทธิภาพการแปลง ≥85% พลังงานที่ใช้งานจริงสามารถถึง 5000W ซึ่งสามารถตอบสนองความต้องการของพลังงานที่ออกจากอุปกรณ์ของผู้ใช้ได้.

3. ความจุของแบตเตอรี่

ระบบพลังงานแสงอาทิตย์แบบออฟกริดนี้ใช้แบตเตอรี่ตะกั่ว-กรดที่ใช้กันทั่วไปเป็นการเก็บพลังงาน ซึ่งมีความจุขนาดใหญ่และอัตราส่วนต้นทุนต่อประสิทธิภาพสูง ปริมาณไฟฟ้าที่สำรองของแบตเตอรี่เก็บพลังงานคือ 10KWh เนื่องจากแรงดันไฟฟ้าขาเข้าของอินเวอร์เตอร์แสงอาทิตย์คือ 48V DC ความจุทฤษฎีของแบตเตอรี่เก็บพลังงานสามารถคำนวณได้ดังนี้:

10,000VAh/48V=208Ah

ตามมาตรฐานเทคโนโลยีที่เกี่ยวข้องของแบตเตอรี่ การตั้งอัตราการปล่อยประจุของแบตเตอรี่ที่ 0.5C2 ถือว่ามีความน่าเชื่อถือทางเศรษฐกิจค่อนข้างสูง ซึ่งสามารถรับประกันจำนวนรอบการชาร์จและปล่อยประจุของแบตเตอรี่ และขยายอายุการใช้งานของแบตเตอรี่ได้อย่างมีประสิทธิภาพ ขอบคุณแสงสว่างที่เพียงพอบนทะเลสาบ ระบบโฟโตโวลตาอิกจึงใช้เอาต์พุตของอินเวอร์เตอร์โดยตรงในเวลากลางวัน ไม่ผ่านกระบวนการปล่อยประจุซ้ำของแบตเตอรี่ การใช้ไฟฟ้าของอุปกรณ์ไฟฟ้าในเวลากลางคืนจึงน้อย และระยะเวลาการปล่อยประจุก็สั้น ดังนั้นการออกแบบนี้จึงเพิ่มความสามารถในการปล่อยประจุของแบตเตอรี่เป็น 0.6C2 อย่างเหมาะสม จากนั้นความจะแบตเตอรี่จริงสามารถระบุได้ดังต่อไปนี้:

208Ah/0.6 = 347Ah.

ที่นี่ ความจุของแบตเตอรี่ถูกตั้งไว้ที่ 400Ah ดังนั้นความจุรวมคือ 48V 400Ah แบตเตอรี่ตะกั่ว-กรดมีขนาด 12V 200Ah ต่อชิ้น เชื่อมต่อกันเป็นชุดละสี่ชิ้น ขณะที่เชื่อมต่อกันแบบขนานอีกสี่ชิ้น ดังนั้นต้องใช้แบตเตอรี่ทั้งหมดแปดก้อน.

4. กำลังของโมดูลแผงโซลาร์เซลล์

หลังจากคำนวณความจุของแบตเตอรี่แล้ว จะคำนวณกำลังของโมดูลแผงโซลาร์เซลล์ ทะเลสาบตั้งอยู่ในตำแหน่งที่มีความเข้มของรังสีดวงอาทิตย์สูง และเวลาที่มีแสงแดดมีความยาวถึง 6 ชั่วโมง โมดูลโฟโตโวลตาอิกซิลิคอนพอลีคริสตัลถูกเลือก โดยมีประสิทธิภาพการแปลงพลังงานแสงอาทิตย์สูงถึง 16%.

การผลิตพลังงานแสงอาทิตย์สามารถแสดงได้โดยสมการต่อไปนี้:

การผลิตพลังงานของระบบ = กำลังของโมดูลแผงโซลาร์เซลล์ × ระยะเวลาแสงแดด × สัมประสิทธิ์การรวมกลุ่ม.

สัมประสิทธิ์ของการรวมกลุ่มหมายถึงสัมประสิทธิ์การสูญเสียที่เกิดจากการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ การสูญเสียในสาย และประสิทธิภาพการแปลงของตัวควบคุมการชาร์จพลังงานแสงอาทิตย์ (หรือตัวแปลงสัญญาณ) ค่าของมันมักจะตั้งไว้ที่ 0.5 ถึง 0.7 และในกรณีนี้ สัมประสิทธิ์ของการรวมกลุ่มตั้งไว้ที่ 0.6 ดังนั้นกำลังของโมดูลพลังงานแสงอาทิตย์สามารถระบุได้ดังต่อไปนี้:

48V × 400Ah/ (6h × 0.6) = 5333W

สเปคของโมดูลแผงเซลล์แสงอาทิตย์ถูกตั้งไว้ที่ 36V 275W ขนาดของมันคือ 1900×980×45 มม. และพื้นที่ของมันคือ 2 ตารางเมตร ทุกสองชิ้น (72V) จะถูกเชื่อมต่อแบบอนุกรมเป็นกลุ่มหนึ่ง จากนั้นจะมีสิบกลุ่มเชื่อมต่อแบบขนาน รวมทั้งหมดต้องการโมดูลแผงเซลล์แสงอาทิตย์ 20 ชิ้น โดยมีกำลังรวม 72V 5500W พื้นที่ของแผงเซลล์แสงอาทิตย์ของโมดูลเซลล์แสงอาทิตย์คือ 40 ตารางเมตร.

5. กล่องรวมพลังงานแสงอาทิตย์ป้องกันฟ้าผ่า

กล่องรวมไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์ใช้เพื่อลดการเชื่อมต่อระหว่างแถวโมดูลพลังงานแสงอาทิตย์และอินเวอร์เตอร์ ผู้ใช้สามารถเชื่อมต่อโมดูลพลังงานแสงอาทิตย์ที่มีจำนวนและสเปคเดียวกันเข้าด้วยกันเพื่อสร้างแถวพลังงานแสงอาทิตย์ จากนั้นเชื่อมต่อโมดูลพลังงานแสงอาทิตย์หลายตัวแบบอนุกรมและเชื่อมต่อพวกมันแบบขนานในกล่องรวมไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์ หลังจากการรวมกันในกล่องรวมไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์ มันสามารถส่งออกไปยังอินเวอร์เตอร์ผ่านเบรกเกอร์ DC ได้

ทะเลสาบอยู่ในพื้นที่ที่มีการเกิดฟ้าผ่าอย่างบ่อยครั้ง โรงเก็บของที่แยกออกและป่าไม้รอบๆ มีความเสี่ยงต่อการถูกฟ้าผ่า ดังนั้น สถานีผลิตไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์จึงต้องให้ความสนใจกับการถูกฟ้าผ่าของอุปกรณ์ การนำเข้าโมดูลป้องกันฟ้าผ่าสูง DC สามารถปกป้องความปลอดภัยในการใช้งานของอินเวอร์เตอร์ ตู้จ่ายไฟ AC และอุปกรณ์อื่นๆ ได้อย่างมีประสิทธิภาพ ในขณะเดียวกัน ไดโอดป้องกันการย้อนกลับกำลังสูงภายในกล่องรวมสามารถหลีกเลี่ยงการปล่อยไฟฟ้ากลับจากแบตเตอรี่ไปยังโมดูลและทำให้โมดูลไหม้เมื่อไม่มีพลังงานแสงอาทิตย์ในเวลากลางคืนได้อย่างมีประสิทธิภาพ.

6. ผู้สนับสนุนพลังงานแสงอาทิตย์และสายเคเบิล

ผู้สนับสนุนแผงโซลาร์เซลล์เป็นอุปกรณ์ที่ขาดไม่ได้สำหรับระบบพลังงานไฟฟ้าจากแสงอาทิตย์ ซึ่งสามารถยึดโมดูลโซลาร์เซลล์ได้ ผู้ใช้ยังสามารถติดตั้งผู้สนับสนุนได้ในสถานที่เพื่อลดค่าใช้จ่าย ยึดโมดูลให้แน่น และต้านทานการเกิดสนิมได้

สายเคเบิลคือสายที่เชื่อมต่อโมดูล อินเวอร์เตอร์ และตู้จ่ายไฟ DC ส่วนหนึ่งของสายเคเบิลถูกใช้ในที่โล่ง พิจารณาถึงการสัมผัสกับแสงแดดและฝนในระยะยาว สายเคเบิลที่ทนต่ออุณหภูมิสูง การออกซิเดชัน และ UV สามารถเลือกใช้เพื่อรับประกันการทำงานปกติของระบบ สายเคเบิลควรเป็นสายทองแดงแกนเต็มที่มีขนาดใหญ่และมีความต้านทานต่ำเพื่อลดการลดแรงดันที่เกิดจากระยะทางไกล ซึ่งหากไม่ป้องกันอาจส่งผลต่อประสิทธิภาพการผลิตพลังงาน.

สรุปได้ว่า กรณีศึกษาข้างต้นให้การแนะนำที่ครอบคลุมเกี่ยวกับการออกแบบระบบพลังงานแสงอาทิตย์แบบออฟกริด หวังว่าการแนะนำข้างต้นจะเป็นประโยชน์ต่อคุณ