Solárna autonómia („off-grid“), praktický sprievodca!

Pred získaním akéhokoľvek zariadenia potrebného pre solárny (hybridný) alebo off-grid energetický systém je dôležité zvládnuť základy navrhovania a dimenzovania systémov na skladovanie energie. Ako je znázornené nižšie, prvým krokom je vyvinúť a nabíjací profil cez našu kalkulačku, aby ste mohli odhadnúť množstvo energie, ktorú denne spotrebujete na mieste. 

príklady (kliknutím na tento odkaz získate prístup k online kalkulačke programu Excel) :

Krok 1 – Vyhodnotenie spotreby v kWh:

 Najdôležitejším prvkom pri návrhu off-grid solárneho systému je odhad spotreby energie na dennej báze v kWh. V prípade lokalít pripojených k sieti je možné presné údaje o profile zaťaženia získať pomocou meračov na priame meranie zaťaženia. V prípade systémov mimo siete alebo samostatných systémov vždy začnite pomocou našej kalkulačky zaťaženia mimo siete pre letné a zimné potreby. Tabuľka zaťaženia tiež pomôže vypočítať špičkové zaťaženie, účinník a maximálny dopyt potrebný na dimenzovanie vhodného systému. Dávajte pozor, aby ste rozlišovali medzi pojmami kW (výkon) a kWh (energia)!

Krok 2 – Veľkosť batérie:

Kapacita batérie sa meria v Ah alebo Wh. THE Nikel-železné batérie sú dimenzované v Ah (pre získanie kapacity v KwH je potrebné vynásobiť kapacitu v Ah x napätie, napr. 200Ahx48V = 9.6 kWh nominálnej energie), pričom kapacita batérií lítium sa meria v kWh. Musia sa zvážiť všetky stratové faktory, aby sa zabezpečilo, že veľkosť batérie je dostatočná na splnenie záťaže, vrátane maximálna povolená hĺbka vybitia (DoD), čo bude mať vplyv aj na životnosť. Zvážte tiež typ a chemické zloženie batérie, rozsah napätia batérie, minimálnu dobu prevádzky (nepretržité dni bez slnečného žiarenia) a maximálnu rýchlosť nabíjania batérie (hodnotenie C), ako bude podrobnejšie vysvetlené neskôr.

Krok 3 – Dimenzovanie solárnej inštalácie

 Na nabíjanie batérie pri napájaní záťaží je potrebné mať správne dimenzovanú solárnu inštaláciu. Ak chcete zabezpečiť, aby bola solárna inštalácia dostatočne veľká, zvážte miestne podmienky vrátane priemerného slnečného žiarenia počas roka (hodiny s maximálnym slnečným žiarením), problémov s tienením, orientáciou a uhlom sklonu panela, stratami káblov a tepelnou degradáciou (stratové faktory). Nástroj solárneho dizajnu PVGIS môže pomôcť odhadnúť produkciu slnka počas celého roka na základe orientácie a umiestnenia panelov.

Krok 4 – Výber invertorovej nabíjačky

Po vykonaní krokov 1 až 3 si musíte vybrať vhodnú invertorovú nabíjačku, ako aj MPPT solárny regulátor nabíjania, aby zodpovedal solárnej inštalácii na základe dĺžky panelov a reťazcov, ktoré určia napätie reťazí. Na odhad použite kalkulačku napätia reťaze maximálne a minimálne napnutie reťaze, čo vám pomôže určiť výber najvhodnejšej MPPT nabíjačky (v tomto prípade som použil príklad kalkulačky Victron MPPT). Potom je možné vybrať invertorovú nabíjačku batérií tak, aby vyhovovala vašim potrebám nepretržitého a špičkového zaťaženia.

Ako vybrať správny menič batérie?

LBatériové invertory pre aplikácie mimo siete majú množstvo špecifikácií, ktoré je potrebné vziať do úvahy pred výberom a dimenzovaním vhodného batériového meniča. K dispozícii je niekoľko typov systémov, vrátane sieťovo interaktívnych invertorových nabíjačiek, hybridných invertorov, kompletných systémov s integrovaným batériovým úložiskom (známych ako BESS) a AC Coupling batériových systémov. Nižšie uvádzam niektoré kľúčové koncepty, ktoré je potrebné zvážiť pri výbere vhodného meniča pomocou analýzy údajového listu meniča batérie, ktorý často používame, le Victron Multiplus-II. Tu sú kritériá, ktoré treba brať do úvahy:

 

– Trvalý výstupný výkon meniča a špičkový výkon (kVA & kW)

– Nabíjacia kapacita invertorovej nabíjačky na batérie (v A)

- Prenosová kapacita 

- Kompatibilita batérie (v závislosti od technológie)

– Typ architektúry (jednosmerný alebo striedavý prúd?)

– Telemetria a miestne a/alebo vzdialené monitorovanie systému

 

  

1. Výstupný výkon meniča – maximálne trvalé a špičkové hodnoty (kW)

 

Batériové invertory (hybridné alebo off-grid) sa dodávajú v širokej škále veľkostí, ktoré sú určené trvalým výkonom meraným v kW alebo kVA. Výkon meniča závisí od jeho topológie alebo dizajnu, typu obvodu premeny energie, prítomnosti alebo neprítomnosti transformátora, chladiaceho systému a prevádzkovej teploty. Nižšie sú k dispozícii dva hlavné typy hybridných a off-grid invertorov.

 

 

Lbatériové invertory mimo siete zamestnať Vysokovýkonné toroidné transformátory, ktoré sú drahšie, ale poskytujú vysoký špičkový a nárazový výkon a dokážu zvládnuť vysoké indukčné zaťaženie. Tieto meniče zvyčajne obsahujú aktívne ventilátorové chladiace systémy na udržanie výkonu pri vysokých teplotách. Ako je vysvetlené nižšie, väčšina z týchto meničov má integrované nabíjačky a sú tiež interaktívne v sieti (to je prípad Victron Multiplus-II)

 

LHybridné invertory a batériové systémy spojené so striedavým prúdom používajte beztransformátorové meniče so „spínacími tranzistormi“ (príklad: hybridné meniče Fronius GEN24, GROWATT alebo DEYE atď...) Tieto kompaktné a ľahké meniče majú nižší špičkový výkon a rázové napätie, ale sú ekonomickejšie, lacnejšie a jednoduchšie na výrobu. Zvyčajne sú tiež plne odolné voči poveternostným vplyvom, čo znamená, že môžu byť bezpečne inštalované na exponovanejších miestach, aj keď priamemu slnečnému žiareniu sa treba vždy vyhýbať. Nie sú však určené na celoročnú prevádzku mimo siete, ale môžu veľmi dobre zastávať občasné záložné funkcie.

 

   

 

Je dôležité pochopiť maximálny výkon, ktorý môže menič dodávať nepretržite, ako aj špičkový výkon, ktorý dokáže zvládnuť počas krátkych časových období, čo je často potrebné pri spúšťaní indukčných záťaží, ako sú motory. Nenechajte sa nútiť pri výbere, či spustíte fén alebo hriankovač! 

 

 

Pvýkon v KVA alebo kW? Čo si vyberieme?

 

Je dôležité si uvedomiť, či je výkon meniča uvádzaný v kW alebo kVA. Kilowatty sú vo všeobecnosti najpresnejšie meranie. To môže byť mätúce pri dimenzovaní meniča pre vaše potreby. Všeobecný prevodný pomer používaný na prevod z kVA na kW je uvedený nižšie:

 

kVA x 0.8 = kW

 

Napríklad 5kVA menič Victron je približne ekvivalentný 4kW meniču. Ďalším príkladom je invertor s trvalým výstupným výkonom 3000 VA (3 kVA), ktorý zvyčajne nepretržite generuje iba 2400 80 wattov alebo približne XNUMX % uvedeného „zdanlivého“ výkonu.

 

 

 

2. Kapacita nabíjania meniča (všeobecne vyjadrená v A):

 

Toto je kapacita meniča na nabíjanie batérie z takzvaného „pobrežného“ zdroja (generátora). Vyššia rýchlosť nabíjania znamená, že batériu je možné nabiť rýchlejšie, čo môže byť výhodné v oblastiach s obmedzeným slnečným žiarením alebo keď ste nútení spustiť generátor. Príklad s batériovým meničom Multiplus-II:

 

 

3. Veľkosť fotovoltaickej inštalácie (kW)
 

Veľkosť (rozumej výkon) fotovoltaickej inštalácie musí byť kompatibilná s kapacitou meniča. Predimenzovaný alebo poddimenzovaný invertor v porovnaní s fotovoltaickou inštaláciou môže viesť k strate účinnosti a výkonu. SAk napríklad vezmete Multiplus-3000VA a pridáte dve nabíjačky Victron RS 450/100 po 5 kWp, budete môcť využívať iba výkon Multiplus, t.j. 3 KVA z celkového potenciálneho výkonu 10 KVA. (ak vaše panely vyrábajú v ideálnych podmienkach!).

 

 

4. Odovzdanie/prenos výkonu (A):

 

Prechodový výkon sa vzťahuje na schopnosť meniča prenášať energiu zo siete alebo zdroja výroby do záťaže bez prechodu cez batérie. Je to dôležité pre udržanie napájania počas výpadkov alebo pri vybití batérie. Tento pojem je obzvlášť dôležitý na hybridných konfiguráciách a menej na izolovanom mieste (v skutočnosti s 32A * 230V = 6000W, čo už zodpovedá pomerne pohodlnému generátoru).

 

 

 

5.Kompatibilita batérie – napätie systému a typ batérie
 
Je dôležité zabezpečiť, aby bol menič batérie kompatibilný s napätím systému a typom použitej batérie, či už ide o lítiové, nikel-železné alebo iné batérie. Napríklad Multiplus-II 48V bude musieť byť samozrejme vybavený 48V batériou atď.

 

6. Typ architektúry systému: DC alebo AC Coupling?

 

Invertory môžu byť spojené so striedavým prúdom (AC) alebo jednosmerným prúdom (DC), pričom každá konfigurácia má svoje výhody a nevýhody. Výber bude závisieť od vášho konkrétneho systému a vašich potrieb.

 

En Architektúra DC spojky, najrozšírenejší v off-grid, „MPPT“ nabíjačku batérií ovláda solárne panely počas dňa s cieľom maximalizovať produkciu slnečnej energie, ktorá bude opätovne vstrekovaná do batérií. Účinnosť je vynikajúca (92-96%), ak však pri výrobe dochádza k vlastnej spotrebe energie, konverzia DC/DC/AC (keďže MPPT dodáva jednosmerný prúd, ktorý je sám zvlnený meničom batérie na napájanie vášho 230V zaťaženie), spôsobí ďalšie straty:

 

 

 

En Schéma zapojenia striedavého prúdu, menej bežný a často sa vyskytujúci na systémoch s vyšším výkonom, solárny invertor (Fronius) je prepojený s výstupom batériového invertora Multiplus. Ten je zodpovedný za jeho riadenie podľa okamžitých požiadaviek na výkon, takže energia vyrábaná zariadením Fronius smeruje prednostne k spotrebiteľom, BEZ toho, aby prechádzala cez batérie:

 

 

 

 

Tento typ architektúry má dve pozoruhodné výhody:

 

- Lepší výkon ak väčšinu svojej spotreby skonzumujete počas dňa (spotrebujete doslova „ako slnko zájde“).

- Kumulatívny výkon výstupu Fronius A batériového striedača. Inými slovami, ak váš Fronius produkuje 3KWP okamžitého výkonu a máte 3KVA Multiplus, môžete teoreticky dosiahnuť 6KVA!

 

Tento typ systému má však dve nevýhody:

 

- Fronius musí byť riadený frekvenčnou modulácioue Multiplus, ktorý môže posúvať digitálne hodiny a byť problematický pre určité citlivé zariadenia (domáce spotrebiče atď.). Hovoríme o fenoméne „blikania“.

- Výkon nabíjania batérie je priemerný, pretože dochádza k konverzii DC/AC/DC a straty sú väčšie.

 

Aká by teda bola najlepšia architektúra pre robustný systém mimo siete? 

Nakoniec môžeme mať zmiešanú architektúru, ktorá kombinuje AC a DC Coupling. To má tú výhodu, že je robustné a redundantné (ak je Fronius v popredajnom servise, máte solárnu výrobu nabíjačky Victron MPPT a naopak)! 

Príklad zmiešaného off-grid systému, ktorý kombinuje DC a AC prepojenie (cez Fronius): 

 

 

7. Telemetria a lokálny manažment (dozor):  

 

Schopnosť monitorovať a ovládať váš systém lokálne a na diaľku je značnou výhodou, ktorá umožňuje optimálne riadenie spotreby energie, solárnej výroby a skladovania energie. To tiež umožňuje presné sledovanie dennodenných rôznych systémových premenných (slnečná produkcia, spotreba v kWh, výkonové špičky, stav nabitia batérie) a prípadne identifikovať anomálie. Ide teda o nevyhnutný nástroj na integráciu do systému mimo siete.