Solar autonomi ("off-grid"), den praktiske veiledningen!

Av Julien ALLERA, ekspert på solautonomi.

I denne veiledningen til solautonomi vil vi diskutere hovedprinsippene. Loff-grid solar autonomi) betyr å dekke alle dine energibehov med kraften fra solen – uten hjelp fra strømnettet. For å oppnå dette er det nødvendig å installere en solcelleenhet kombinert med et energilagringssystem. Bruk av solcellebatterier er derfor viktig.

En gang sett på som en marginal idé på grunn av dens store og avskrekkende kostnader, har installasjonen av et off-grid solsystem fått populariteten til å vokse. Fremskritt innen solenergiteknologi det siste tiåret har gjort solenergiutstyr mer effektivt og rimeligere. Dette har ført til en demokratisering av denne typen løsninger. . Det er nå ganske vanlig å se, for eksempel, landlige hytter, eller til og med alternative habitater (Yurt, Tiny House), helt drevet av off-grid solenergisystemer.

Hvis ideen om å kjøpe et frittstående solcellesystem appellerer til deg, har du kommet til rett sted. I denne bloggen vil vi gi deg den essensielle informasjonen om off-grid solcelle-selvforsyningssystemer før du kjøper. Vi hjelper deg med å finne ut om et slikt system passer for dine behov. Vi vil prøve å veilede deg om hvordan du velger systemet som perfekt oppfyller dine krav.

Viktige punkter for å nærme seg solautonomi:

Et off-grid, off-grid solcellesystem bruker solcellepaneler, en batterilagringsløsning og tilleggsutstyr for å gi energi til et sted uten å stole på EDF-nettverket. Dens applikasjoner er varierte; den kan gi strøm til campingplasser, bobiler, båter, avsidesliggende hytter og selvfølgelig hus og villaer.
Før du tar tak i et solenergi-autonomiprosjekt, er det det avgjørende for å bestemme størrelsen på systemet som passer deg. To tilnærminger er mulige: enten basert på ditt nåværende strømforbruk, eller å utføre en nøye vurdering av belastningen.
Kostnaden for et off-grid solcellesett som er i stand til å drive et bolighus kan variere fra €8 til €000, selvfølgelig avhengig av krefter og kapasiteter som kreves.

Hva er et autonomt solsystem?

Når man snakker om off-grid autonomi, tenker mange kun på solcellepaneler, mens det i realiteten er mange andre komponenter som trengs for å få et off-grid solcelleanlegg i drift.

Et komplett off-grid solcelleanlegg har alt nødvendig utstyr for å generere, lagre og levere solenergi på stedet. Disse systemene fungerer uten tilkobling til EDF, og er også kjent som "autonome solsystemer" eller soff-grid solcellesystemer.

I motsetning til andre solcelleoppsett, som det mer vanlige nettbundne solsystemet, er selvforsyningssystemer utenfor nettet avhengige av batterier for å gi strøm i fravær av sol.

Imidlertid forblir batterier dyre - mye mer enn solcellepanelene de er forbundet med. Behovet for betydelig batterilagring gjør disse systemene mye dyrere enn nettbundne solcellesystemer.

Hva er de forskjellige mulige bruksområdene for et solarautonomisystem?

En av de største fordelene med solenergi som energikilde er dens modularitet. Faktisk, et SUNCONNECT 3K-RS-system kan for eksempel moduleres i kraft og kapasitet via påfølgende tillegg av batterier for eksempel og/eller paneler:

Her er noen av de vanligste bruksområdene for off-grid solar autonomi:

Strømforsyning for småhus, bobiler, hytter, etc.

Driver hjem i alle størrelser

Det er viktig å merke seg at noen ganger vil et off-grid solsystem ikke være økonomisk relevant. For eksempel hvor tilgang til energi fra EDF-nettverket kan vurderes. Dette gjelder for eksempel situasjoner der vi søker å drive et hus i et urbant miljø. I dette tilfellet vil et hybrid solcellesett være mer egnet og vil tillate deg å maksimere ditt eget forbruk. I tillegg vil du ha energiselvforsyning ved strømbrudd. Men som oftest er tilkoblingskostnadene til ENEDIS for boliger langt fra nettverkene ublu, og mer enn rettferdiggjør investeringen i autonom solenergi!

ENEDIS-tilbud for tilkobling på 700m: €85 000!

Videopresentasjon av et off-grid system

Selvforsyning med solenergi med EDF (hybridmodus)

Frankrike 3 vitnesbyrd om et autonomt solsystem

Hva er designstadiene?

Før du anskaffer noe utstyr som trengs for et solenergisystem (hybrid) eller et energisystem utenfor nettet, er det avgjørende å mestre det grunnleggende om utforming og dimensjonering av energilagringssystemer. Som illustrert nedenfor, er det første trinnet å utvikle en ladeprofil via kalkulatoren vår, for å anslå hvor mye energi du vil forbruke på stedet på daglig basis.

Eksempler (klikk på denne lenken for å få tilgang til den elektroniske excel-kalkulatoren) :

Trinn 1 – Evaluering av forbruk i kWh:

Det mest avgjørende elementet i utformingen av et off-grid solcellesystem er estimeringen av energien som kreves på en daglig basis i kWh. For netttilknyttede steder kan nøyaktige lastprofildata oppnås ved å bruke målere for å måle laster direkte. For off-grid eller frittstående systemer, start alltid med å bruke vår off-grid lastkalkulator for sommer- og vinterbehov. Lasttabellen vil også hjelpe med å beregne topplaster, effektfaktorer og maksimalt behov for å dimensjonere det aktuelle systemet. Vær nøye med å skille mellom forestillingene om kW (effekt) og kWh (energi)!

Trinn 2 – Batteristørrelse:

Batterikapasiteten måles i Ah eller Wh. DE Nikkel-jern batterier er dimensjonert i Ah (for å få kapasiteten i KwH må du multiplisere kapasiteten i Ah x spenningen, for eksempel 200Ahx48V = 9.6 kWh nominell energi), mens kapasiteten til batteriene litium måles i kWh. Alle tapsfaktorer må vurderes for å sikre at batteristørrelsen er tilstrekkelig til å møte belastningene, inkludert maksimal tillatt utslippsdybde (DoD), som også vil ha betydning for levetiden. Vurder også batteritype og kjemi, batterispenningsområde, minimum driftstid dager (kontinuerlige dager uten sollys) og maksimal batteriladehastighet (C-klassifisering), som forklart mer detaljert senere.

Trinn 3 – Dimensjonering av solcelleanlegget

Det er nødvendig å ha en solcelleinstallasjon med riktig størrelse for å lade batteriet mens belastningene drives. For å sikre at solcelleinstallasjonen er stor nok, bør du vurdere lokale forhold, inkludert gjennomsnittlig solinnstråling gjennom hele året (høyeste sollystimer), skyggeproblemer, orientering og panelvippevinkel, kabeltap og termisk degradering (tapfaktorer). PVGIS solenergidesignverktøy kan hjelpe til med å beregne solgenerering gjennom året, basert på orienteringen og plasseringen av panelene.

Trinn 4 – Valg av inverter-lader

Når trinn 1 til 3 er fullført, må du velge en passende inverterlader, samt en MPPT solar ladekontroller for å matche solcelleinstallasjonen basert på lengden på panelene og strengene, som vil bestemme spenningskjedene. Bruk en kalkulator for kjedespenning for å beregne maksimale og laveste kjedespenninger, som vil hjelpe deg med å bestemme valget av den mest passende MPPT-laderen (jeg brukte eksemplet med Victron MPPT-kalkulatoren i dette tilfellet). Deretter kan batteriinverter-laderen velges for å møte dine behov for kontinuerlig og toppbelastning.

Hvordan velge riktig batteriomformer?

LBatteriinvertere for off-grid applikasjoner har mange spesifikasjoner å ta hensyn til før du velger og dimensjonerer en passende batteriinverter. Flere typer systemer er tilgjengelige, inkludert grid-interaktive inverter-ladere, hybrid invertere, komplette systemer med integrert batterilagring (kjent som BESS), og AC Coupling batterisystemer. Nedenfor skisserer jeg noen nøkkelkonsepter å vurdere når du velger en passende omformer, ved å analysere dataarket til en batteriomformer som vi bruker ofte, le Victron Multiplus-II. Her er kriteriene som må tas i betraktning:

– Kontinuerlig utgangseffekt fra omformeren og toppeffekt (kVA og kW)

– Ladekapasiteten til inverter-laderen til batteriene (i A)

– Overføringskapasitet

– Batterikompatibilitet (avhengig av teknologi)

– Type arkitektur (DC eller AC-kobling?)

– Telemetri og lokal og/eller ekstern systemovervåking

1. Omformerens utgangseffekt – maksimale kontinuerlige og toppverdier (kW)

Batteriinvertere (hybrid eller off-grid) kommer i et bredt spekter av størrelser, bestemt av kontinuerlig effekt målt i kW eller kVA. Effekten til omformeren avhenger av dens topologi eller design, typen energikonverteringskrets, tilstedeværelsen eller ikke av en transformator, kjølesystemet og driftstemperaturen. Nedenfor er to hovedtyper tilgjengelige hybrid- og off-grid invertere.

Lbatterivekselrettere utenfor nettet anvende Kraftige ringkjerteltransformatorer, som er dyrere, men gir høy topp- og overspenningseffekt og kan håndtere høye induktive belastninger. Disse inverterne inneholder vanligvis aktivt viftede kjølesystemer for å opprettholde ytelsen i høye temperaturer. Som forklart nedenfor har de fleste av disse inverterne integrerte ladere og er også nettverksinteraktive (dette er tilfellet med Victron Multiplus-II)

LHybrid omformere og AC-koblede batterisystemer bruk transformatorløse vekselrettere med "svitsjetransistorer" (eksempel: Fronius GEN24, GROWATT eller DEYE hybrid vekselrettere, etc...) Disse kompakte og lette vekselretterne har lavere toppeffekt og overspenningsverdier, men er mer økonomiske, er billigere og enklere å produsere. De er vanligvis også fullt værklassifisert, noe som betyr at de trygt kan installeres på mer utsatte steder, selv om direkte eksponering for sollys alltid bør unngås. De er imidlertid ikke designet for helårs drift utenfor nettet, men kan godt ta på seg sporadiske reservefunksjoner.

Det er avgjørende å forstå den maksimale effekten vekselretteren kan levere kontinuerlig, samt toppeffekten den kan håndtere i korte perioder, noe som ofte er nødvendig når man starter induktive belastninger som motorer. Ikke bli tvunget til å velge om du vil starte hårføneren eller brødristeren!

Peffekt i KVA eller kW? Hva velger vi?

Det er viktig å merke seg om vekselretterens effekt er oppgitt i kW eller kVA. Kilowatt er generelt den mest nøyaktige målingen. Dette kan være forvirrende når du skal dimensjonere en omformer for dine behov. Det generelle konverteringsforholdet som brukes til å konvertere fra kVA til kW er vist nedenfor:

kVA x 0.8 = kW

For eksempel tilsvarer en 5kVA Victron omformer omtrentlig med en 4kW omformer. Et annet eksempel er en inverter med en kontinuerlig utgangseffekt på 3000VA (3kVA) som vanligvis genererer bare 2400 Watt kontinuerlig, eller omtrent 80 % av den oppgitte "tilsynelatende" effekten.

2. Inverterens ladekapasitet (vanligvis uttrykt i A):

Dette er kapasiteten til omformeren til å lade batteriet fra en såkalt "shore"-kilde (en generator). En høyere ladehastighet betyr at batteriet kan lades opp raskere, noe som kan være fordelaktig i områder med begrensede perioder med sollys eller når du blir tvunget til å kjøre generatoren. Eksempel med Multiplus-II batteriomformer:

3. Størrelse på solcelleanlegg (kW)

Størrelsen (forstå kraften) på solcelleanlegget må være kompatibel med kapasiteten til omformeren. En overdimensjonert eller underdimensjonert inverter sammenlignet med solcelleanlegget kan resultere i tap av effektivitet og ytelse. SHvis du for eksempel tar en Multiplus-3000VA og legger til to Victron RS 450/100-ladere på 5 kWp hver, vil du kun kunne bruke kraften til Multiplus, dvs. 3KVA av en total potensiell effekt på 10KVA (hvis panelene dine produserer under ideelle forhold!).

4. Sende/overføre kraft (A):

Passerende kraft refererer til omformerens evne til å overføre strøm fra nettet eller en genererende kilde til lastene uten å gå gjennom batteriene. Dette er viktig for å opprettholde strømmen under strømbrudd eller når batteriet er utladet. Denne ideen er spesielt viktig på hybridkonfigurasjoner, og er mindre på et isolert sted (faktisk med 32A * 230V = 6000W, som allerede tilsvarer en ganske komfortabel generator).

5.Batterikompatibilitet – Systemspenning og batteritype

Det er avgjørende å sikre at batteriomformeren er kompatibel med systemspenningen og typen batteri som brukes, enten det er litium-, nikkel-jern- eller andre batterier. For eksempel må en Multiplus-II 48V være utstyrt med en 48V batteripakke, selvsagt osv.

6. Systemarkitekturtype: DC- eller AC-kobling?

Invertere kan kobles med vekselstrøm (AC) eller likestrøm (DC), hver konfigurasjon har sine fordeler og ulemper. Valget vil avhenge av ditt spesifikke system og dine behov.

En DC-koblingsarkitektur, den mest utbredte i off-grid, en "MPPT" batterilader styrer solcellepanelene i løpet av dagen for å maksimere solproduksjonen, som vil bli reinjisert inn i batteriene. Effektiviteten er utmerket (92-96%), men hvis selvforbruket av energi finner sted under produksjon, vil DC/DC/AC-konverteringen (siden MPPT leverer likestrøm, selv korrugert av batteriomformeren for å drive 230V belastninger), vil forårsake ytterligere tap:

En AC-koblingsskjema, mindre vanlig og ofte funnet på systemer med høyere effekt, er en solcelleinverter (Fronius) koblet sammen med utgangen på Multiplus batteriomformeren. Sistnevnte er ansvarlig for å kontrollere den i henhold til øyeblikkelig strømbehov, slik at energien som produseres av Fronius blir rettet som en prioritet til forbrukerne, UTEN å gå gjennom batteriene:

Denne typen arkitektur har to bemerkelsesverdige fordeler:

- Bedre ytelse hvis mesteparten av forbruket ditt gjøres i løpet av dagen (du vil bokstavelig talt konsumere "når solen går").

- Akkumulert effekt av Fronius-utgangen OG batteriomformeren. Med andre ord, hvis din Fronius produserer 3KWP øyeblikkelig kraft, og du har en 3KVA Multiplus, kan du teoretisk nå 6KVA!

Imidlertid har denne typen system to ulemper:

- Fronius må styres ved hjelp av frekvensmodulasjone av Multiplus, som kan skifte digitale klokker, og være problematisk for visse sensitive utstyr (husholdningsapparater osv.). Vi snakker om fenomenet "flimmer".

- Batteriladeytelsen er middelmådig, fordi det er en DC/AC/DC-konvertering og tapene er større.

Så hva ville være den beste arkitekturen for et robust off-grid system?

Endelig kan vi ha en blandet arkitektur, som kombinerer AC- og DC-kobling. Dette har fordelen av å være robust og overflødig (hvis Fronius er i ettersalgsservice, har du solenergiproduksjonen til Victron MPPT-laderen, og omvendt)!

Eksempel på et blandet off-grid-system, som kombinerer DC & AC-kobling (via en Fronius):

7. Telemetri og lokal ledelse (tilsyn):

Muligheten til å overvåke og kontrollere systemet ditt lokalt og eksternt er en betydelig fordel, som tillater optimal styring av energiforbruk, solenergiproduksjon og energilagring. Dette gjør det også mulig å ha presis overvåking dag etter dag av de ulike systemvariablene (solproduksjon, forbruk i kWh, effekttopper, ladetilstand på batteriet), og eventuelt identifisere uregelmessigheter. Det er derfor et viktig verktøy for å integrere i et off-grid system.

Motsatt, et utdrag fra et dashbord av systemet Victron VRM-overvåking. Der kan vi spore detaljerte parametere, som batterispenning, ladetilstand, krefter og ulike spenninger, alt i sanntid.

Hvilken type batteri å velge?

Historisk sett ble de fleste batteriomformere designet for å fungere med de allment tilgjengelige blysyrebatteriene (Gel, AGM og OpZ). Blybatterier er større, tyngre og kan avgi gasser som krever ventilasjon. De har iboende begrenset levetid og tolererer ikke misbruk eller håndteringsfeil (dyputslipp, temperaturer, sulfatering, etc.). Til sammenligning er litium-ion-batterier lettere, kompakte, mer effektive og kan lagres trygt i et forseglet kabinett, samtidig som de er modulære. Mange litiumbatterisystemer, som f.eks BYD, Pylontech eller TESVOLT, har integrerte batteristyringsenheter (BMS), som krever en omformer med kompatibel kommunikasjon (CANbus-nettverksprotokoll) for å fungere sikkert og effektivt. Vi må date flere hundre litiumbatterier utplassert på isolerte steder med utmerket tilbakemelding og anedoktiske feilrater (rundt 1 %).

Når det gjelder BMS-styringssystemet, er noen litiumbatterier selvstyrte, for eksempel Zenaji Aeon litiumtitanatbatterier.

For off-grid systemer, Nikkel-jern Edison batterier er et utmerket valg, gitt deres robusthet og toleranse for misbruk (langvarige dype utladninger, temperaturer, etc...). De har en levetid på flere tiår, når de er riktig dimensjonert og administrert. En av de største fordelene med NiFe-batterier er at de ikke slår seg av under lav spenning eller lav ladetilstand (SOC), i motsetning til moderne litiumbatterier. På den andre siden, de vil kreve regelmessig vedlikehold (kvartalt tilsetning av demineralisert vann).