ระบบผลิตไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์แบบออฟกริดสำหรับใช้ในครัวเรือนประกอบด้วยโมดูลโฟโตโวลตาอิก, โครงยึด, ตัวควบคุม, อินเวอร์เตอร์โซลาร์, แบตเตอรี่สะสมพลังงาน และระบบจ่ายไฟฟ้า การออกแบบแผนผังไฟฟ้าของระบบควรพิจารณาการเลือกและการคำนวณโมดูล, อินเวอร์เตอร์ (ตัวควบคุม) และแบตเตอรี่สะสมพลังงาน ก่อนการออกแบบแผนผังควรเตรียมความพร้อมที่จำเป็น เนื่องจากระบบออฟกริดเป็นแบบปรับแต่งเฉพาะ ไม่มีแผนผังมาตรฐาน ดังนั้นจึงควรศึกษาประเภทและกำลังโหลดของผู้ใช้, การใช้ไฟฟ้าในช่วงกลางวันและกลางคืน รวมถึงสภาพภูมิอากาศของสถานที่ติดตั้งก่อน ระบบจ่ายไฟสำหรับระบบโฟโตโวลตาอิกออฟกริดขึ้นอยู่กับสภาพอากาศ ซึ่งไม่สามารถเชื่อถือได้ 100%
ระบบโซลาร์ออฟกริดต้องติดตั้งแบตเตอรี่สะสมพลังงาน ซึ่งมีต้นทุนประมาณ 30% ถึง 50% ของระบบผลิตไฟฟ้าโดยรวม ขณะเดียวกันอายุการใช้งานทั่วไปของแบตเตอรี่ตะกั่วกรดอยู่ระหว่าง 3 ถึง 5 ปี หลังจากหมดอายุการใช้งานจำเป็นต้องเปลี่ยนใหม่ จากมุมมองทางเศรษฐกิจ แบตเตอรี่สะสมพลังงานจึงไม่เหมาะกับการใช้งานในวงกว้าง และเหมาะสำหรับพื้นที่ที่มีปัญหาการจ่ายไฟฟ้าไม่เพียงพอเท่านั้น
ระบบออฟกริดแตกต่างจากระบบที่เชื่อมต่อกับกริด อุปกรณ์และอินเวอร์เตอร์ไม่ได้ถูกกำหนดสัดส่วนตายตัว แต่ถูกออกแบบตามโหลดของผู้ใช้, การใช้ไฟฟ้า และสภาพอากาศท้องถิ่น:
1. ยืนยันกำลังของอินเวอร์เตอร์ออฟกริดตามประเภทและกำลังโหลดของผู้ใช้
โดยทั่วไป โหลดสำหรับใช้ในบ้านสามารถแบ่งเป็นโหลดเหนี่ยวนำและโหลดต้านทาน โหลดที่มีมอเตอร์ เช่น เครื่องซักผ้า, เครื่องปรับอากาศ, ตู้เย็น, ปั๊มน้ำ และพัดลมดูดควัน เป็นโหลดเหนี่ยวนำ กำลังเริ่มต้นของมอเตอร์จะสูงกว่ากำลังไฟฟ้าที่ระบุไว้ 3 ถึง 5 เท่า ในการคำนวณกำลังของอินเวอร์เตอร์ จำเป็นต้องพิจารณากำลังเริ่มต้นของโหลดด้วย กำลังขาออกของ อินเวอร์เตอร์ออฟกริด จะสูงกว่ากำลังโหลด อย่างไรก็ตาม สำหรับครอบครัวที่มีรายได้น้อย ไม่สามารถเปิดใช้งานโหลดทั้งหมดพร้อมกันได้ ดังนั้นเพื่อประหยัดค่าใช้จ่าย สามารถคูณผลรวมกำลังโหลดด้วยสัมประสิทธิ์ระหว่าง 0.7 ถึง 0.9 ด้านล่างนี้เป็นรายการกำลังไฟฟ้าของอุปกรณ์ไฟฟ้าในครัวเรือนเพื่อใช้เป็นข้อมูลอ้างอิงในการออกแบบ
2. กำหนดกำลังของโมดูลตามการใช้ไฟฟ้าประจำวันของผู้ใช้
ไฟฟ้าที่ใช้ได้สำหรับระบบออฟกริด = กำลังรวมของโมดูล * ชั่วโมงเฉลี่ยการใช้พลังงานแสงอาทิตย์ * ประสิทธิภาพของตัวควบคุม * ประสิทธิภาพของแบตเตอรี่สะสมพลังงาน โดยหลักการแล้ว โมดูลควรถูกออกแบบให้เพียงพอต่อการใช้ไฟฟ้าประจำวันของโหลดภายใต้สภาพอากาศทั่วไป กล่าวคือ กำลังผลิตไฟฟ้าประจำวันของโมดูลเซลล์แสงอาทิตย์ควรมากกว่าการใช้ไฟฟ้าประจำวันของโหลด เนื่องจากสภาพอากาศอาจต่ำกว่าหรือสูงกว่าค่าเฉลี่ย การออกแบบโมดูลเซลล์แสงอาทิตย์จึงควรตอบสนองความต้องการในฤดูที่มีแสงน้อยที่สุด กล่าวคือ แบตเตอรี่สะสมพลังงานควรได้รับการชาร์จเต็มในฤดูที่มีแสงน้อยที่สุด อย่างไรก็ตาม แสงน้อยที่สุดในบางพื้นที่ต่ำกว่าค่าเฉลี่ยรายปีมาก หากกำลังของโมดูลเซลล์แสงอาทิตย์ยังถูกออกแบบตามสภาพที่แย่ที่สุด กำลังผลิตไฟฟ้ารายปีอาจเกินความต้องการจริงอย่างมาก ทำให้เกิดการสูญเสียอย่างใหญ่หลวง ในกรณีนี้ ควรเพิ่มความจุของแบตเตอรี่สะสมพลังงานให้เหมาะสมเพื่อเพิ่มการเก็บพลังงานไฟฟ้าและรักษาแบตเตอรี่ให้อยู่ในสถานะการคายประจุตื้น ซึ่งจะช่วยชดเชยการขาดแคลนกำลังผลิตในฤดูที่มีแสงน้อย และป้องกันไม่ให้เซลล์แบตเตอรี่เสียหาย กำลังไฟฟ้าที่ผลิตโดยโมดูลไม่สามารถแปลงเป็นพลังงานที่ใช้ได้เต็มที่ เนื่องจากต้องคำนึงถึงประสิทธิภาพของตัวควบคุม, การสูญเสียในเครื่องจักร และการสูญเสียของแบตเตอรี่สะสมพลังงานด้วย
มุมการติดตั้งของโมดูลควรพิจารณาตำแหน่งทางภูมิศาสตร์ของผู้ใช้เพื่อให้ตอบสนองความต้องการในฤดูร้อนและฤดูหนาว มุมของเซลล์แสงอาทิตย์โดยทั่วไปจะหันไปทางทิศใต้เพื่อเพิ่มกำลังผลิตไฟฟ้าของเซลล์แสงอาทิตย์ให้สูงสุด มุมเอียงที่เหมาะสมที่สุดคือมุมที่เพิ่มกำลังผลิตไฟฟ้ารายปีของเซลล์แสงอาทิตย์ให้สูงสุด ในขณะเดียวกันก็ลดความแตกต่างของกำลังผลิตระหว่างฤดูหนาวและฤดูร้อนให้น้อยที่สุด
การใช้ไฟฟ้าของโหลด เช่น หลอดไฟ, พัดลมไฟฟ้า และเครื่องเป่าผมไฟฟ้า เท่ากับกำลังไฟฟ้าคูณกับเวลา สำหรับโหลด เช่น เครื่องปรับอากาศและตู้เย็น การใช้ไฟฟ้าของเครื่องปรับอากาศขึ้นอยู่กับความแตกต่างของอุณหภูมิระหว่างภายในและภายนอกอาคาร, พื้นที่บ้าน และประสิทธิภาพพลังงานของเครื่องปรับอากาศ เครื่องปรับอากาศขนาด 1 แรงม้า หากใช้งาน 8 ชั่วโมงต่อคืน จะใช้ไฟฟ้าประมาณ 1 ถึง 5 กิโลวัตต์ชั่วโมง
3. ยืนยันความจุของแบตเตอรี่สะสมพลังงานตามการใช้ไฟฟ้ายามค่ำคืนของผู้ใช้หรือเวลาสแตนด์บายที่คาดหวัง
หน้าที่ของแบตเตอรี่สะสมพลังงานคือเพื่อให้โหลดของระบบสามารถใช้ไฟฟ้าได้ตามปกติเมื่อแสงอาทิตย์ไม่เพียงพอ โหลดที่สำคัญควรทำให้ระบบทำงานได้ตามปกติในหลายวัน และควรพิจารณาจำนวนวันที่มีเมฆครึ้มและฝนตกติดต่อกัน สำหรับโหลดทั่วไป เช่น โคมไฟถนนโซลาร์ ความจุของแบตเตอรี่ควรถูกเลือกให้เพียงพอสำหรับ 2 ถึง 3 วันตามประสบการณ์หรือความต้องการ สำหรับครอบครัวที่มีรายได้น้อย ราคาคือปัจจัยสำคัญ แบตเตอรี่ไม่จำเป็นต้องใช้ในวันที่ฝนตกและเมฆครึ้ม และจะใช้เมื่อมีแสงแดดเพียงพอ เมื่อแสงแดดไม่เพียงพอหรือไม่มีแสงแดด แบตเตอรี่จะไม่ถูกใช้งาน ในการเลือกโหลด ควรเลือกอุปกรณ์ประหยัดพลังงาน เช่น หลอด LED และเครื่องปรับอากาศแบบอินเวอร์เตอร์ การออกแบบแบตเตอรี่สะสมพลังงานรวมถึงการออกแบบความจุและการเชื่อมต่อเซลล์แบตเตอรี่แบบอนุกรม-ขนาน ในระบบผลิตไฟฟ้าโฟโตโวลตาอิก มักใช้แบตเตอรี่ตะกั่วกรด โดยพิจารณาอายุการใช้งานของแบตเตอรี่ ความลึกของการคายประจุมักตั้งไว้ที่ 0.5 ถึง 0.7 ความจุที่ออกแบบของแบตเตอรี่ = (การใช้ไฟฟ้าเฉลี่ยรายวันของโหลด * จำนวนวันที่มีเมฆครึ้มและฝนตกติดต่อกัน) / ความลึกของการคายประจุของแบตเตอรี่
4. แผนการออกแบบระบบ 4000 วัตต์สำหรับใช้ในครัวเรือน
ความต้องการใช้ไฟฟ้าของลูกค้า: แสงสว่าง (200W, 6 ชั่วโมงต่อวัน), ตู้เย็น (50W, 24 ชั่วโมงต่อวัน), เครื่องปรับอากาศแบบอินเวอร์เตอร์ (1 แรงม้า, 12 ชั่วโมงต่อวัน), โทรทัศน์ (50W, 10 ชั่วโมงต่อวัน) อุปกรณ์ไฟฟ้าอื่น ๆ ที่ใช้เวลาที่ไม่แน่นอน รวมถึงเครื่องซักผ้า, คอมพิวเตอร์ตั้งโต๊ะ, หม้อหุงข้าวไฟฟ้า, พัดลมไฟฟ้า เป็นต้น
(1) สถิติของกำลังโหลดรวม
แสงสว่าง 200W, ตู้เย็น 50W, เครื่องปรับอากาศ 750W, โทรทัศน์ 50W, เครื่องซักผ้า 300W, คอมพิวเตอร์ตั้งโต๊ะ 200W, หม้อหุงข้าวไฟฟ้า 1200W และพัดลมไฟฟ้า 100W รวมทั้งหมด 2,850W ดังนั้นจึงเลือกใช้ อินเวอร์เตอร์โซลาร์ออฟกริด 4000W
(2) สถิติการใช้ไฟฟ้ารายวัน
แสงสว่างใช้ไฟฟ้า 1.2 kWH, ตู้เย็น 1 kWH, เครื่องปรับอากาศ 2 kWH, โทรทัศน์ 0.5 kWH, เครื่องซักผ้า 1 kWH, คอมพิวเตอร์ตั้งโต๊ะ 0.5 kWH, หม้อหุงข้าวไฟฟ้า 1 kWH, พัดลมไฟฟ้า 0.5 kWH รวมทั้งหมด 7.7 kWH โดยเฉลี่ยการใช้ไฟฟ้ารายวันอยู่ระหว่าง 6 ถึง 10 kWH ในบางพื้นที่ที่มีสภาพแสงดี สามารถใช้งานได้ประมาณ 4.5 ชั่วโมงต่อวัน ใช้โมดูลขนาด 280W จำนวน 9 ชิ้นในการออกแบบ กำลังไฟฟ้ารวม 2.52 kW และสามารถผลิตไฟฟ้าได้ 11.34 kWH ระบบออฟกริดมีประสิทธิภาพต่ำ ประมาณ 0.8 และพลังงานไฟฟ้าเฉลี่ยที่ใช้ได้ต่อวันคือ 9 kWH ซึ่งโดยทั่วไปสามารถตอบสนองความต้องการใช้ไฟฟ้าได้มากกว่า 99%
(3) การคำนวณแบตเตอรี่สะสมพลังงาน
อุปกรณ์ไฟฟ้าในบ้านส่วนใหญ่ใช้ในช่วงเย็น โดยใช้เพียง 20% ในช่วงกลางวัน เพื่อเพิ่มอายุการใช้งานของแบตเตอรี่ สามารถเพิ่มความจุของแบตเตอรี่ได้ เนื่องจากความลึกของการคายประจุรายวันต่ำ โครงการนี้ใช้แบตเตอรี่ตะกั่วกรดชนิดเจล 12V 250AH จำนวน 4 ชุด รวมความจุทั้งหมด 12,000 VAH ปริมาณไฟฟ้าที่ใช้ได้ประมาณ 8.4 kWH และการใช้ไฟฟ้าเฉลี่ยในช่วงกลางคืนคือ 6 kWH ความลึกของการคายประจุประมาณ 50%
