Сьогодні ми представимо конструкцію автономної сонячної фотоелектричної системи потужністю 5 кВт для малого рибного господарства, включаючи конфігурацію та деякі методи розрахунку крок за кроком.
Існують деякі базові дані, які потрібно уточнити для підготовки проекту сонячної енергетичної системи.
- По-перше, слід визначити напругу та фазу користувача: це може бути однофазна змінна напруга 110В, 120В, 220В, 230В або 240В, або трифазна змінна напруга 380В, 440В, 480В тощо. Це визначає вихідні характеристики сонячного інвертора.
- По-друге, потрібно підтвердити тип навантаження — індуктивне чи резистивне, оскільки тип навантаження впливає на потужність інвертора під навантаженням та форму вихідної напруги.
- По-третє, слід визначити час роботи при повному навантаженні, тобто середнє добове споживання електроенергії. У випадку сонячної електростанції, підключеної до мережі, без пристроїв зберігання енергії, потрібна лише розумна потужність фотоелектричного модуля. У випадку автономної сонячної фотоелектричної системи слід розрахувати ємність акумулятора, включаючи запас енергії системи на випадок відсутності сонячної генерації під час тривалих похмурих і дощових днів.
Проект автономної сонячної системи потужністю 5000 Вт
Розглянемо проект автономної сонячної системи для малого рибного господарства біля озера як приклад. Через велику відстань до електромережі будівництво не лише дороге, а й супроводжується значними втратами потужності та падінням напруги в проводах. Крім того, стабільність електропостачання не гарантується через тайфуни, а часті аварійні відключення електроенергії впливають на виробництво та побут. Тому застосовується автономний сонячний інвертор. Інтенсивність сонячного випромінювання вдень висока, і електроенергія, вироблена сонячною системою, безпосередньо подається на вихід інвертора для живлення електроприладів. Одночасно заряджаються акумулятори, які вночі через інвертор забезпечують живлення пристроїв.
1. Огляд потреби в електроенергії
Ось деякі базові дані для ознайомлення. Напруга в побуті становить змінну 220В 50Гц, а найбільш поширені прилади включають:
Десять насосів для аерації рибних ставків (300 Вт)
Один телевізор із супутниковим приймачем (200 Вт)
Одна електроплита (750 Вт)
Одна індукційна плита (2000 Вт)
Один невеликий холодильник (100 Вт)
Освітлення (100 Вт)
Ці пристрої не працюють одночасно. Насоси для аерації працюють вдень при сонячному світлі, а вночі відпочивають. Потужність інших пристроїв близько 3000 Вт, а добове споживання електроенергії — близько 10 кіловат-годин. Оскільки освітлення поверхні озера достатнє, запас електроенергії на похмурі та дощові дні не враховується.
2. Сонячний інвертор
Відповідно до наведених даних, у цьому проекті автономної сонячної фотоелектричної системи використовується універсальний сонячний інвертор із MPPT контролером заряду. Цей 5000-ватний сонячний інвертор із MPPT контролером має потужність 48В 7кВт, коефіцієнт потужності ≥0,8 та ККД перетворення ≥85%. Фактична потужність під навантаженням може досягати 5000 Вт, що задовольняє вимоги вихідної потужності пристроїв користувача.
3. Ємність акумулятора
Ця автономна сонячна система використовує поширені свинцево-кислотні акумулятори як накопичувач енергії, які мають велику ємність і високий коефіцієнт ціна-якість. Запас електроенергії акумулятора становить 10 кВт·год. Оскільки вхідна напруга постійного струму інвертора — 48 В, теоретична ємність акумулятора розраховується так:
10 000 ВА·год / 48 В = 208 А·год
Відповідно до відповідних технологічних стандартів для акумуляторів, встановлення коефіцієнта розряду батареї на рівні 0,5C2 є економічно надійним, що забезпечує циклічність заряду та розряду і ефективно подовжує термін служби акумулятора. Завдяки достатньому освітленню озера, фотоелектрична система вдень безпосередньо використовує вихід інвертора, не проходячи через повторні цикли розряду акумуляторів. Споживання електроенергії вночі невелике, а тривалість розряду коротка. Тому в цьому проекті коефіцієнт розряду акумулятора збільшено до 0,6C2. Тоді фактична ємність акумуляторів становить:
208 А·год / 0,6 = 347 А·год.
Тут ємність акумулятора встановлена на рівні 400 А·год, отже загальна ємність — 48 В 400 А·год. Свинцево-кислотні акумулятори мають параметри 12 В 200 А·год кожен. Чотири акумулятори з'єднані послідовно, а чотири — паралельно. Всього потрібно вісім акумуляторів.
4. Потужність сонячних панелей
Після розрахунку ємності акумуляторів визначається потужність сонячних панелей. Озеро розташоване в зоні з високою інтенсивністю сонячного випромінювання, а ефективна тривалість сонячного світла становить 6 годин. Вибрані полікристалічні кремнієві фотоелектричні модулі з фотоефективністю до 16%.
Генерація сонячної енергії розраховується за формулою:
Потужність системи = Потужність сонячних панелей × Тривалість сонячного світла × Коефіцієнт корекції.
Коефіцієнт корекції враховує втрати через зміну температури, втрати в лініях та ККД контролера заряду (або інвертора). Зазвичай його значення встановлюють у межах 0,5–0,7, у цьому випадку коефіцієнт корекції дорівнює 0,6. Отже, потужність фотоелектричного модуля розраховується так:
48 В × 400 А·год / (6 год × 0,6) = 5333 Вт
Специфікація панелі становить 36 В 275 Вт, розміри — 1900×980×45 мм, площа — 2 квадратні метри. Кожні дві панелі (72 В) з'єднуються послідовно в одну групу. Потім десять таких груп з'єднуються паралельно. Всього потрібно 20 панелей загальною потужністю 72 В 5500 Вт. Площа сонячної батареї становить 40 квадратних метрів.
5. Фотогальванічна розподільна коробка з захистом від блискавки
Фотогальванічна розподільна коробка використовується для зменшення з'єднань між масивом фотоелектричних модулів і інвертором. Користувач може з'єднати певну кількість фотоелектричних модулів однакових характеристик у масив. Потім кілька модулів з'єднуються послідовно і паралельно в розподільній коробці. Після об'єднання в розподільній коробці електроенергія подається на інвертор через DC-вимикач.
Озеро розташоване в зоні з частими грозами. Ізольовані навіси та навколишні ліси вразливі до ударів блискавки. Тому сонячна електростанція повинна враховувати захист від блискавки. Встановлення DC-модуля захисту від високої напруги ефективно захищає інвертор, розподільний щиток змінного струму та інші пристрої. Одночасно потужний діод захисту від зворотного струму в розподільній коробці запобігає зворотному розряду акумуляторів у модулі та його пошкодженню вночі при відсутності сонячної генерації.
6. Кронштейн для фотоелектричних панелей та кабелі
Кронштейн для сонячних панелей — необхідний аксесуар для фотоелектричної системи, який фіксує модулі. Користувач може встановити кронштейн на місці, щоб знизити витрати, закріпити модулі та запобігти корозії.
Кабель — це провід, який з'єднує модулі, інвертор і розподільний щиток постійного струму. Частина кабелю використовується на відкритому повітрі. З огляду на тривале вплив сонячного світла та дощу, слід вибирати кабель, стійкий до високих температур, окислення та ультрафіолету, щоб гарантувати нормальну роботу системи. Кабель повинен мати товстий мідний сердечник з великим перерізом і низьким опором, щоб зменшити падіння напруги через велику довжину, що в іншому випадку може вплинути на ефективність генерації електроенергії.
Підсумовуючи, наведений приклад надає всебічне ознайомлення з проектуванням автономної сонячної фотоелектричної системи. Сподіваємося, що ця інформація буде для вас корисною.
