Autonomia solară („off-grid”), ghidul practic!

Înainte de a achiziționa orice echipament necesar pentru un sistem de energie solară (hibrid) sau off-grid, este esențial să stăpânești elementele de bază ale proiectării și dimensionării sistemelor de stocare a energiei. După cum este ilustrat mai jos, primul pas este dezvoltarea unui profil de încărcare prin calculatorul nostru, pentru a estima cantitatea de energie pe care o veți consuma zilnic la fața locului. 

exemplu (click pe acest link pentru a accesa calculatorul excel online) :

Pasul 1 – Evaluarea consumului în kWh:

 Cel mai important element în proiectarea unui sistem solar în afara rețelei este estimarea energiei necesare zilnic în kWh. Pentru site-urile conectate la rețea, pot fi obținute date precise ale profilului de sarcină utilizând contoare pentru a măsura direct sarcinile. Pentru sistemele off-grid sau autonome, începeți întotdeauna prin a utiliza calculatorul nostru de sarcină în afara rețelei pentru nevoile de vară și iarnă. Tabelul de încărcare va ajuta, de asemenea, la calcularea sarcinilor de vârf, a factorilor de putere și a cererii maxime necesare pentru dimensionarea sistemului adecvat. Aveți grijă să distingeți între noțiunile de kW (putere) și kWh (energie)!

Pasul 2 – Dimensiunea bateriei:

Capacitatea bateriei este măsurată în Ah sau Wh. THE Baterii nichel-fier sunt dimensionate în Ah (pentru a obține capacitatea în KwH, trebuie să înmulțiți capacitatea în Ah x tensiunea, de exemplu 200Ahx48V = 9.6 kWh de energie nominală), în timp ce capacitatea bateriilor litiul se măsoară în kWh. Toți factorii de pierdere trebuie luați în considerare pentru a se asigura că dimensiunea bateriei este suficientă pentru a face față sarcinilor, inclusiv adâncimea maximă admisă de descărcare (DoD), care va avea și un impact asupra duratei de viață. Luați în considerare, de asemenea, tipul și chimia bateriei, intervalul de tensiune a bateriei, zilele minime de funcționare (zile continue fără lumina soarelui) și rata maximă de încărcare a bateriei (evaluare C), așa cum este explicat în detaliu mai târziu.

Pasul 3 – Dimensionarea instalației solare

 Este necesar să aveți o instalație solară dimensionată corect pentru a încărca bateria în timp ce alimentați sarcinile. Pentru a vă asigura că instalația solară este suficient de mare, luați în considerare condițiile locale, inclusiv iradierea solară medie pe tot parcursul anului (orele de vârf de lumină solară), problemele de umbrire, orientarea și unghiul de înclinare a panoului, pierderile de cabluri și degradarea termică (factorii de pierdere). Instrumentul de proiectare solară PVGIS poate ajuta la estimarea generației solare pe tot parcursul anului, pe baza orientării și amplasării panourilor.

Pasul 4 – Selectarea invertorului-încărcător

Odată terminați pașii de la 1 la 3, trebuie să alegeți un încărcător cu invertor potrivit, precum și un regulator de încărcare solar MPPT care să se potrivească cu instalația solară în funcție de lungimea panourilor și a șirurilor, care va determina tensiunea Chains. Utilizați un calculator de tensiune a lanțului pentru a estima tensiunile maxime și minime ale lanțului, care vă vor ajuta să determinați alegerea celui mai potrivit încărcător MPPT (am folosit exemplul calculatorului Victron MPPT în acest caz). Apoi, invertorul-încărcătorul de baterie poate fi selectat pentru a satisface nevoile dvs. de sarcină continuă și de vârf.

Cum să alegi invertorul de baterie potrivit?

LInvertoarele cu baterie pentru aplicații off-grid au numeroase specificații de luat în considerare înainte de a alege și dimensiona un invertor de baterie potrivit. Sunt disponibile mai multe tipuri de sisteme, inclusiv invertoare-încărcătoare interactive cu rețea, invertoare hibride, sisteme complete cu stocare integrată a bateriei (cunoscute sub numele de BESS) și sisteme de baterii cu cuplare AC. Mai jos subliniez câteva concepte cheie de luat în considerare atunci când alegem un invertor potrivit, analizând fișa tehnică a unui invertor de baterie pe care îl folosim frecvent, le Victron Multiplus-II. Iată care sunt criteriile care trebuie luate în considerare:

 

- Puterea de ieșire continuă a invertorului și puterea de vârf (kVA și kW)

– Capacitatea de încărcare a invertorului-încărcător la baterii (în A)

– Capacitate de transfer 

- Compatibilitate baterie (în funcție de tehnologie)

– Tip de arhitectură (cuplaj DC sau AC?)

– Telemetrie și monitorizare locală și/sau la distanță a sistemului

 

  

1. Puterea de ieșire a invertorului – valori maxime continue și de vârf (kW)

 

Invertoarele de baterie (hibride sau off-grid) vin într-o gamă largă de dimensiuni, determinate de puterea continuă măsurată în kW sau kVA. Puterea invertorului depinde de topologia sau designul acestuia, de tipul circuitului de conversie a energiei, de prezența sau nu a unui transformator, de sistemul de răcire și de temperatura de funcționare. Mai jos sunt disponibile două tipuri principale de invertoare hibride și off-grid.

 

 

Linvertoare cu baterie off-grid angaja Transformatoare toroidale de mare capacitate, care sunt mai scumpe, dar oferă putere mare de vârf și de supratensiune și pot face față sarcinilor inductive mari. Aceste invertoare conțin de obicei sisteme de răcire cu ventilație activă pentru a menține performanța la temperaturi ridicate. După cum se explică mai jos, majoritatea acestor invertoare au încărcătoare integrate și sunt, de asemenea, interactive în rețea (acesta este cazul Victron Multiplus-II)

 

LInvertoare hibride și sisteme cu baterii AC cuplate utilizați invertoare fără transformator cu „tranzistoare de comutare” (exemplu: invertoare hibride Fronius GEN24, GROWATT sau DEYE etc...) Aceste invertoare compacte și ușoare au o putere de vârf și un nivel de supratensiune mai scăzut, dar sunt mai economice, fiind mai ieftine și mai ușor de fabricat. Ele sunt, de obicei, de asemenea complet clasificate pentru vreme, ceea ce înseamnă că pot fi instalate în siguranță în locuri mai expuse, deși expunerea directă la lumina soarelui ar trebui întotdeauna evitată. Cu toate acestea, acestea nu sunt proiectate pentru funcționarea în afara rețelei pe tot parcursul anului, dar pot prelua foarte bine funcții de rezervă ocazionale.

 

   

 

Este esențial să înțelegem puterea maximă pe care o poate furniza invertorul în mod continuu, precum și puterea de vârf pe care o poate gestiona pentru perioade scurte de timp, ceea ce este adesea necesar la pornirea sarcinilor inductive precum motoarele. Nu fi forțat să alegeți dacă porniți uscătorul de păr sau prăjitorul de pâine! 

 

 

Pputere în KVA sau kW? Ce alegem?

 

Este important să rețineți dacă puterea de ieșire a invertorului este exprimată în kW sau kVA. Kilowați sunt, în general, cea mai precisă măsurătoare. Acest lucru poate fi confuz atunci când dimensionați un invertor pentru nevoile dvs. Raportul general de conversie utilizat pentru conversia de la kVA la kW este prezentat mai jos:

 

kVA x 0.8 = kW

 

De exemplu, un invertor Victron de 5 kVA este aproximativ echivalent cu un invertor de 4 kW. Un alt exemplu este un invertor cu o putere de ieșire continuă de 3000 VA (3 kVA) care generează de obicei doar 2400 de wați continuu, sau aproximativ 80% din puterea „aparentă” declarată.

 

 

 

2. Capacitatea de încărcare a invertorului (exprimată în general în A):

 

Aceasta este capacitatea invertorului de a încărca bateria dintr-o așa-numită sursă „țărm” (un generator). O rată de încărcare mai mare înseamnă că bateria poate fi reîncărcată mai rapid, ceea ce poate fi benefic în zonele cu perioade limitate de lumină solară sau când ești forțat să porniți generatorul. Exemplu cu invertorul de baterie Multiplus-II:

 

 

3. Dimensiunea instalației fotovoltaice (kW)
 

Dimensiunea (înțelegeți puterea) instalației fotovoltaice trebuie să fie compatibilă cu capacitatea invertorului. Un invertor supradimensionat sau subdimensionat în comparație cu instalația fotovoltaică poate duce la o pierdere de eficiență și performanță. SDacă, de exemplu, luați un Multiplus-3000VA și adăugați două încărcătoare Victron RS 450/100 de 5 kWp fiecare, veți putea folosi doar puterea Multiplus, adică 3KVA dintr-o putere potențială totală de 10KVA. (dacă panourile dumneavoastră produc în condiții ideale!).

 

 

4. Puterea de trecere/transfer (A):

 

Puterea de trecere se referă la capacitatea invertorului de a transfera puterea de la rețea sau o sursă generatoare către sarcini fără a trece prin baterii. Acest lucru este important pentru menținerea energiei în timpul întreruperilor sau când bateria este descărcată. Această noțiune este deosebit de importantă pe configurațiile hibride și mai puțin pe un site izolat (de fapt, cu 32A * 230V = 6000W, ceea ce corespunde deja unui generator destul de confortabil).

 

 

 

5.Compatibilitate baterie – Tensiunea sistemului și tipul bateriei
 
Este esențial să vă asigurați că invertorul bateriei este compatibil cu tensiunea sistemului și tipul de baterie utilizată, fie litiu, nichel-fier sau alte baterii. De exemplu, un Multiplus-II 48V va trebui echipat cu un acumulator de 48V, evident, etc.

 

6. Tip arhitectura sistemului: Cuplaj DC sau AC?

 

Invertoarele pot fi cuplate cu curent alternativ (AC) sau curent continuu (DC), fiecare configurație având avantajele și dezavantajele ei. Alegerea va depinde de sistemul dumneavoastră specific și de nevoile dumneavoastră.

 

En Arhitectura de cuplare DC, cel mai răspândit în off-grid, un încărcător de baterie „MPPT”. controlează panourile solare în timpul zilei pentru a maximiza producția solară, care va fi reinjectată în baterii. Eficiența este excelentă (92-96%), totuși, dacă autoconsumul de energie are loc în timpul producției, conversia DC/DC/AC (întrucât MPPT-ul furnizează curent continuu, el însuși ondulat de invertorul bateriei pentru a vă alimenta 230V). sarcini), va provoca pierderi suplimentare:

 

 

 

En Diagrama de cuplare AC, mai puțin obișnuit și des întâlnit pe sistemele de putere mai mare, un invertor solar (Fronius) este interconectat la ieșirea invertorului cu baterii Multiplus. Acesta din urmă este responsabil cu controlul acestuia în funcție de cerințele instantanee de putere, astfel încât energia produsă de Fronius să fie direcționată cu prioritate către consumatori, FĂRĂ să treacă prin baterii:

 

 

 

 

Acest tip de arhitectură are două avantaje notabile:

 

- Performanță mai bună dacă cea mai mare parte a consumului tău se face în timpul zilei (vei consuma literalmente „pe măsură ce soarele trece”).

- Puterea cumulativă a ieșirii Fronius ȘI a invertorului bateriei. Cu alte cuvinte, dacă Fronius-ul tău produce 3KWP de putere instantanee și ai un Multiplus de 3KVA, teoretic poți ajunge la 6KVA!

 

Cu toate acestea, acest tip de sistem are două dezavantaje:

 

- Fronius trebuie controlat folosind modularea în frecvențăe de către Multiplus, care poate schimba ceasurile digitale și poate fi problematic pentru anumite echipamente sensibile (aparatele de uz casnic etc.). Vorbim despre fenomenul „pâlpâirii”.

- Performanța de încărcare a bateriei este mediocră, deoarece există o conversie DC/AC/DC și pierderile sunt mai mari.

 

Deci, care ar fi cea mai bună arhitectură pentru un sistem robust off-grid? 

În cele din urmă, putem avea o arhitectură mixtă, combinând cuplarea AC și DC. Acest lucru are avantajul de a fi robust și redundant (dacă Fronius este în service post-vânzare, aveți producția solară a încărcătorului Victron MPPT, și invers)! 

Exemplu de sistem mixt off-grid, care combină cuplarea DC și AC (prin Fronius): 

 

 

7. Telemetrie și management local (supraveghere):  

 

Capacitatea de a vă monitoriza și controla sistemul local și de la distanță este un avantaj considerabil, permițând gestionarea optimă a consumului de energie, producției solare și stocării energiei. Acest lucru face, de asemenea, posibilă monitorizarea precisă zi după zi a diferitelor variabile ale sistemului (producția solară, consumul în kWh, vârfurile de putere, starea de încărcare a bateriei) și eventual identificarea anomaliilor. Prin urmare, este un instrument esențial pentru integrarea într-un sistem off-grid.