วิธีออกแบบระบบพลังงานแสงอาทิตย์แบบออฟกริด?

ในปัจจุบันยังมีผู้คนจำนวนมากที่อาศัยอยู่ในพื้นที่ยากจนหรือห่างไกล ซึ่งอยู่ไกลจากโรงไฟฟ้าและโครงข่ายไฟฟ้าสาธารณะ เนื่องจากขาดแคลนพลังงานหรือแม้กระทั่งไม่มีไฟฟ้า พวกเขาจึงไม่สามารถเพลิดเพลินกับข้อมูลและความสะดวกสบายที่นำมาซึ่งอารยธรรมสมัยใหม่ได้ ระบบพลังงานแสงอาทิตย์แบบออฟกริดเป็นระบบจ่ายพลังงานที่เป็นอิสระและพึ่งพาตนเองได้ ซึ่งสามารถตอบสนองความต้องการใช้พลังงานพื้นฐานของพวกเขาได้

ระบบพลังงานแสงอาทิตย์แบบออฟกริดทั่วไปประกอบด้วยหกส่วน ได้แก่ แผงโซลาร์เซลล์, ที่ยึด, ตัวควบคุมการชาร์จพลังงานแสงอาทิตย์, อินเวอร์เตอร์ออฟกริด, แบตเตอรี่, และกล่องกระจายไฟ แผงเซลล์แสงอาทิตย์เชื่อมต่อกับตัวควบคุมการชาร์จพลังงานแสงอาทิตย์ ซึ่งผลิตพลังงานเพื่อใช้ในชีวิตประจำวันของผู้ใช้ก่อน และพลังงานส่วนเกินจะถูกเก็บไว้ในแบตเตอรี่เพื่อใช้ในเวลากลางคืนและในวันที่มีเมฆมากและฝนตก เมื่อพลังงานในแบตเตอรี่หมดลง อินเวอร์เตอร์ส่วนใหญ่สามารถรองรับการเชื่อมต่อกับแหล่งจ่ายไฟหลัก (หรือเครื่องกำเนิดไฟฟ้าดีเซล) เป็นแหล่งพลังงานเสริมสำหรับโหลดได้

 

การออกแบบระบบพลังงานแสงอาทิตย์แบบออฟกริดแตกต่างจากระบบพลังงานแสงอาทิตย์แบบกริดไทด์ ระบบแรกต้องพิจารณาปัจจัยหลายอย่างรวมถึงภาระงาน ปริมาณไฟฟ้ารายวัน และสภาพภูมิอากาศในท้องถิ่น เป็นต้น เพื่อเลือกแผนการออกแบบที่แตกต่างกันตามความต้องการจริงของลูกค้า ดังนั้น ระบบพลังงานแสงอาทิตย์แบบออฟกริดจึงค่อนข้างซับซ้อน.

รู้จักกับพลังงานของโหลดของคุณมากแค่ไหน

เพื่อให้มั่นใจในความเชื่อถือได้ของระบบพลังงานแสงอาทิตย์แบบออฟกริด การสำรวจความต้องการของลูกค้าเกี่ยวกับไฟฟ้าเป็นสิ่งที่จำเป็นอย่างยิ่ง นั่นคือ คุณควรหาว่าคุณต้องการพลังงานเท่าไหร่ รวมถึงกำลังไฟของอุปกรณ์หรือเครื่องใช้ทั้งหมด เวลาที่ใช้งาน และการใช้ไฟฟ้ารายวัน (เช่น มีกี่กิโลวัตต์-ชั่วโมงรวม) หลังจากนั้น การออกแบบระบบพลังงานแสงอาทิตย์แบบออฟกริดจะขึ้นอยู่กับข้อมูลเหล่านี้เป็นหลัก รวมถึงการเลือกอินเวอร์เตอร์พลังงานแสงอาทิตย์ การคำนวณความจุของแผงโซลาร์เซลล์ และการคำนวณความจุของแบตเตอรี่.

การเลือกอินเวอร์เตอร์โซลาร์เซลล์

กำลังไฟฟ้าของ อินเวอร์เตอร์พลังงานแสงอาทิตย์ ที่จะเลือกไม่ควรน้อยกว่ากำลังไฟฟ้ารวมของโหลด อย่างไรก็ตาม เมื่อพิจารณาถึงอายุการใช้งานและความสามารถในการขยายในอนาคตของอินเวอร์เตอร์ ควรมีการเว้นระยะความปลอดภัยสำหรับกำลังไฟของอินเวอร์เตอร์ ซึ่งโดยทั่วไปจะอยู่ที่ประมาณ 1.2 ถึง 1.5 เท่าของกำลังไฟของโหลด.

นอกจากนี้ หากโหลดรวมถึงอุปกรณ์ที่ไวต่อความรู้สึก เช่น ตู้เย็น เครื่องปรับอากาศ ปั๊มน้ำ และพัดลมระบายอากาศที่มีมอเตอร์ไฟฟ้า (กำลังเริ่มต้นของมอเตอร์ไฟฟ้าอยู่ที่ 3 ถึง 5 เท่าของกำลังที่ระบุ) กำลังเริ่มต้นของโหลดเหล่านี้ก็ควรนำมาพิจารณาด้วย กล่าวอีกนัยหนึ่ง กำลังเริ่มต้นของโหลดเหล่านี้ควรน้อยกว่ากำลังพีคสูงสุดของอินเวอร์เตอร์.

ด้านล่างนี้คือสูตรสำหรับการเลือกกำลังของอินเวอร์เตอร์พลังงานแสงอาทิตย์ ซึ่งเป็นเพียงเพื่อการอ้างอิงในการออกแบบเท่านั้น.

กำลังของอินเวอร์เตอร์ = (กำลังของโหลด * ปัจจัยมาร์จิ้น) / ปัจจัยกำลังของอินเวอร์เตอร์

การคำนวณความจุของแผงโซลาร์เซลล์

พลังงานที่ผลิตโดยโมดูลแผงโซลาร์เซลล์ในเวลากลางวันจะถูกใช้บางส่วนสำหรับโหลด และที่เหลือจะใช้สำหรับชาร์จแบตเตอรี่เก็บพลังงาน เมื่อถึงเวลากลางคืนหรือเมื่อการแผ่รังสีจากดวงอาทิตย์ไม่เพียงพอ ไฟฟ้าในแบตเตอรี่เก็บพลังงานจะถูกปล่อยออกมาเพื่อใช้สำหรับโหลด ดังนั้นจึงเห็นได้ว่าทุกไฟฟ้าที่ใช้โดยโหลดมาจากไฟฟ้าที่ผลิตโดยโมดูลโฟโตโวลตาอิกในเวลากลางวัน เมื่อไม่มีการจ่ายไฟจากเครือข่ายหรือเมื่อเครื่องยนต์ดีเซลทำหน้าที่เป็นแหล่งพลังงานเสริม พิจารณาความแตกต่างของความเข้มของแสงในฤดูกาลต่างๆ และในภูมิภาคต่างๆ การออกแบบความจุของแผงโซลาร์เซลล์ควรมีความสามารถในการตอบสนองความต้องการแม้ในฤดูกาลที่เลวร้ายที่สุดของการให้แสงแดด เพื่อให้แน่ใจว่าระบบโซลาร์ทำงานได้อย่างเชื่อถือได้ ด้านล่างนี้คือสูตรสำหรับการคำนวณความจุของแผงโซลาร์เซลล์:

กำลังของแผงโซลาร์เซลล์ = (การใช้ไฟฟ้ารายวันของโหลด * ปัจจัยมาร์จิ้น) / (ชั่วโมงแสงแดดสูงสุดของเดือนที่แย่ที่สุด * ประสิทธิภาพของระบบ)

การคำนวณความจุของแบตเตอรี่

แบตเตอรี่ของระบบพลังงานแสงอาทิตย์แบบออฟกริดใช้หลักในการเก็บพลังงานและรับรองว่าภาระสามารถทำงานได้ตามปกติเมื่อการแผ่รังสีแสงอาทิตย์ไม่เพียงพอ ในแง่ของระบบพลังงานแสงอาทิตย์แบบออฟกริดสำหรับอุปกรณ์สำคัญ การออกแบบความจุของแบตเตอรี่ควรพิจารณาจำนวนวันที่มีเมฆมากและฝนตกนานที่สุดในท้องถิ่น ระบบพลังงานแสงอาทิตย์แบบออฟกริดทั่วไปไม่มีความต้องการพลังงานที่สูงเช่นนี้สำหรับภาระ และเมื่อพิจารณาถึงต้นทุนของระบบ จำนวนวันที่มีเมฆมากและฝนตกสามารถไม่ต้องพิจารณาได้ และการใช้งานภาระสามารถปรับตามความเข้มของแสงที่แท้จริงได้

นอกจากนี้ ระบบพลังงานแสงอาทิตย์แบบออฟกริดส่วนใหญ่จะใช้แบตเตอรี่ตะกั่ว-กรด ซึ่งความลึกของการปล่อยประจุโดยทั่วไปอยู่ในช่วง 0.5 ถึง 0.7 ความจุของแบตเตอรี่ที่สามารถเลือกได้สามารถอ้างอิงจากสูตรต่อไปนี้:

ความจุของแบตเตอรี่ = (การใช้ไฟฟ้ารายวัน × จำนวนวันที่มีฝนตกและมีเมฆมากติดต่อกัน) / ความลึกของการปล่อยประจุของแบตเตอรี่

การเลือกตัวควบคุมการชาร์จพลังงานแสงอาทิตย์

ตัวควบคุมการชาร์จพลังงานแสงอาทิตย์เป็นอุปกรณ์ที่จัดการการชาร์จและการปล่อยพลังงานจากแผงโซลาร์เซลล์ไปยังแบตเตอรี่ สองปัจจัยหลักในการเลือกตัวควบคุมการชาร์จที่เหมาะสมคือแรงดันไฟฟ้าที่กำหนดและกระแสไฟฟ้า แรงดันไฟฟ้าที่กำหนดของตัวควบคุมการชาร์จต้องสอดคล้องกับแรงดันไฟฟ้าทำงานของแบตเตอรี่ในระบบพลังงานแสงอาทิตย์ สำหรับการจัดอันดับกระแสไฟฟ้า สามารถคำนวณโดยประมาณได้จากพลังงานจากแผงโซลาร์เซลล์หารด้วยแรงดันไฟฟ้าของแบตเตอรี่ และยังต้องสำรองมาร์จิ้น 25% เพื่อความปลอดภัยด้วย

นอกจากนี้ ยังมีประเภทของตัวควบคุมการชาร์จพลังงานแสงอาทิตย์ในตลาดอยู่ 2 ประเภท คือ PWM และ MPPT โดยทั่วไป ตัวควบคุมการชาร์จพลังงานแสงอาทิตย์แบบ PWM จะมีราคาต่ำกว่าตัวควบคุมแบบ MPPT และเหมาะสมมากกว่าสำหรับระบบอินเวอร์เตอร์พลังงานแสงอาทิตย์ขนาดเล็ก อย่างไรก็ตาม ตัวควบคุมการชาร์จพลังงานแสงอาทิตย์แบบ MPPT มีความคุ้มค่ามากกว่าเนื่องจากข้อได้เปรียบเฉพาะของมันเมื่อเปรียบเทียบกับตัวอื่น ๆ สามารถเลือกได้ตามแผนการออกแบบเฉพาะ

แผนการออกแบบทั่วไปสำหรับระบบพลังงานแสงอาทิตย์ขนาด 10kVA ที่ไม่เชื่อมต่อกับกริด

พื้นหลังโครงการ: เพื่อออกแบบระบบพลังงานแสงอาทิตย์แบบไม่เชื่อมต่อกับกริดสำหรับโรงเรียนเพื่อตอบสนองความต้องการพลังงานในแต่ละวัน.

1. การสำรวจความต้องการไฟฟ้า

การสำรวจความต้องการของลูกค้าควรดำเนินการในระยะเริ่มต้นของแผนการออกแบบ ข้อมูลเกี่ยวกับการใช้พลังงานไฟฟ้าควรมีความถูกต้อง ด้านล่างนี้คือรายละเอียดเพิ่มเติม:

2. การเลือกอินเวอร์เตอร์โซลาร์เซลล์

โหลดของลูกค้าส่วนใหญ่ประกอบด้วยไฟในห้องเรียน, พัดลมในห้องเรียน, ไฟส่องสว่างในที่สาธารณะ, ไฟติดผนัง, ระบบการแพร่ภาพ, ฯลฯ กำลังโหลดรวมอยู่ที่ 6.84%kW และกำลังของอินเวอร์เตอร์พลังงานแสงอาทิตย์ควรไม่ต่ำกว่า 9.8kVA ตามความต้องการเหล่านี้ สามารถเลือกอินเวอร์เตอร์พลังงานแสงอาทิตย์ขนาด 10kVA ที่มี MPPT charge controller ซึ่งทำหน้าที่เป็นอินเวอร์เตอร์และตัวควบคุมการชาร์จในหน่วยเดียว.

3. การคำนวณความจุของแผงโซลาร์เซลล์

ตามการสำรวจความต้องการของลูกค้า พบว่าการใช้ไฟฟ้าเฉลี่ยต่อวันของโรงเรียนอยู่ที่ประมาณ 61.5kWh สภาพแสงสว่างในท้องถิ่นเป็นที่น่าพอใจ สามารถคำนวณระยะเวลาการมีแสงแดดต่อวันได้ 4.23 ชั่วโมง แผงโซลาร์เซลล์ถูกกำหนดให้มีการอนุญาต 1.1 เท่า ในการออกแบบนี้ ใช้โมดูลโฟโตโวลตาอิกแบบพอลีคริสตัล 270W จำนวน 88 ชิ้น รวมกำลังไฟทั้งหมด 23.76W และการผลิตไฟฟ้าเฉลี่ยต่อวัน 100.5kWh ประสิทธิภาพของระบบโดยทั่วไปอยู่ที่ประมาณ 0.8 ดังนั้นการใช้ไฟฟ้าต่อวันอยู่ที่ 80kWh.

4. การคำนวณความจุของแบตเตอรี่

การให้แสงสว่างของโรงเรียนมักจะเกิดขึ้นในเวลากลางคืน โดยพิจารณาจากอายุการใช้งานของแบตเตอรี่ ความจุของแบตเตอรี่ควรเพิ่มขึ้นอย่างเหมาะสม และเวลาสำรองของแบตเตอรี่คือสองวันตามที่ลูกค้าต้องการ ความลึกของการปล่อยประจุของแบตเตอรี่ตั้งไว้ที่ 0.7 โครงการนี้ใช้แบตเตอรี่เจลขนาด 110 โหนด 1000AH/2V ต่ออนุกรม ซึ่งมีความจุรวมประมาณ 220,000VAH และปริมาณไฟฟ้าที่ใช้งานได้ประมาณ 154kWH ซึ่งสามารถตอบสนองความต้องการพลังงานของเวลาสำรองสองวันได้.