Solarna avtonomija (»off-grid«), praktični vodnik!

Julien ALLERA, strokovnjak za sončno avtonomijo.

V tem priročniku o solarni avtonomiji bomo razpravljali o glavnih načelih. Lsončna avtonomija zunaj omrežja) pomeni pokrivanje vseh vaših potreb po energiji z močjo sonca — brez pomoči električnega omrežja. Da bi to dosegli, je treba namestiti solarno napravo, povezano s sistemom za shranjevanje energije. Uporaba sončnih baterij je zato nujna.

Nekoč je veljala za obrobno idejo zaradi velikih in odvračilnih stroškov, medtem ko je namestitev sončnega sistema zunaj omrežja postala priljubljena. Napredek solarne tehnologije v zadnjem desetletju je naredil sončno opremo učinkovitejšo in cenejšo. To je vodilo v demokratizacijo tovrstnih rešitev. . Zdaj je povsem običajno videti, na primer, podeželske koče ali celo alternativne habitate (jurta, majhna hiša), ki jih v celoti napajajo izvenomrežni solarni avtonomni sistemi.

Če vas ideja o nakupu samostojnega solarnega sistema zunaj omrežja privlači, ste prišli na pravo mesto. V tem spletnem dnevniku vam bomo ponudili bistvene informacije o sistemih za samooskrbo s sončno energijo zunaj omrežja, preden opravite nakup. Pomagali vam bomo ugotoviti, ali je tak sistem primeren za vaše potrebe. Poskušali vas bomo usmeriti, kako izbrati sistem, ki bo popolnoma ustrezal vašim zahtevam.

Bistvene točke za približevanje sončni avtonomiji:

Sončni sistem zunaj omrežja uporablja sončne kolektorje, rešitev za shranjevanje baterij in dodatno opremo za zagotavljanje energije na lokaciji, ne da bi se zanašal na omrežje EDF. Njegove uporabe so raznolike; lahko zagotovi elektriko za kampe, avtodome, čolne, oddaljene koče in seveda hiše in vile.
Preden se lotimo projekta sončne avtonomije, je bistveno za določitev velikosti sistema, ki bi vam ustrezal. Možna sta dva pristopa: bodisi na podlagi vaše trenutne porabe električne energije bodisi izvedba a natančno oceno obremenitve.
Stroški solarnega kompleta zunaj omrežja, ki lahko napaja stanovanjsko hišo lahko variira od 8 € do 000 €, odvisno seveda od zahtevanih moči in zmogljivosti.

Kaj je avtonomni sončni sistem?

Ko govorimo o avtonomiji zunaj omrežja, mnogi pomislijo le na sončne kolektorje, v resnici pa so potrebne številne druge komponente, da lahko fotovoltaični sistem brez omrežja začne delovati.

Popoln solarni sistem zunaj omrežja ima vso potrebno opremo za ustvarjanje, shranjevanje in dostavo sončne energije na kraju samem. Ti sistemi, ki delujejo brez povezave z EDF, so znani tudi kot »avtonomni solarni sistemi« ali ssolarni sistemi izven omrežja.

Za razliko od drugih solarnih nastavitev, kot je pogostejši sončni sistem, vezan na omrežje, se sistemi za samooskrbo s sončno energijo zunaj omrežja zanašajo na baterije, ki zagotavljajo energijo v odsotnosti sončne svetlobe.

Vendar pa baterije ostajajo drage - veliko bolj kot sončne celice, s katerimi so povezane. Zaradi potrebe po velikem shranjevanju baterij so ti sistemi veliko dražji od solarnih sistemov, povezanih z omrežjem.

Kakšne so različne možne uporabe solarnega avtonomnega sistema?

Ena največjih prednosti sonca kot vira energije je njegova modularnost. Prav zares, sistem SUNCONNECT 3K-RS na primer se lahko modulira glede moči in zmogljivosti z naknadnim dodajanjem na primer baterij in/ali plošč:

Tukaj je nekaj najpogostejših aplikacij solarne avtonomije zunaj omrežja:

Napajalnik za majhne hiše, mobilne hišice, koče itd.

Napajanje domov vseh velikosti

Pomembno je vedeti, da sončni sistem, ki ni priključen na omrežje, včasih ne bo ekonomsko pomemben. Na primer, kjer je mogoče upoštevati dostop do energije iz omrežja EDF. To zadeva situacije, ko želimo na primer napajati hišo v urbanem okolju. V tem primeru bo primernejši hibridni solarni komplet, ki vam bo omogočil maksimalno povečanje lastne porabe. Poleg tega boste imeli energetsko samozadostnost v primeru izpada elektrike. Toda večino časa so stroški povezave ENEDIS za domove, ki so daleč od omrežij, pretirani in več kot upravičujejo naložbo v avtonomno sončno energijo!

Ponudba ENEDIS za priključek na 700m: 85 €!

Video predstavitev sistema izven omrežja

Sončna samooskrba z EDF (hibridni način)

France 3 pričevanje o avtonomnem sončnem sistemu

Katere so faze načrtovanja?

Pred nakupom kakršne koli opreme, potrebne za solarni (hibridni) ali izvenomrežni energetski sistem, je ključnega pomena obvladati osnove načrtovanja in dimenzioniranja sistemov za shranjevanje energije. Kot je prikazano spodaj, je prvi korak razviti a profil polnjenja prek naš kalkulator, da ocenite količino energije, ki jo boste dnevno porabili na lokaciji.

Exemple (kliknite na to povezavo za dostop do spletnega excel kalkulatorja) :

Korak 1 – Ocena porabe v kWh:

Najpomembnejši element pri načrtovanju solarnega sistema zunaj omrežja je ocena dnevne potrebne energije v kWh. Za mesta, povezana z omrežjem, je mogoče natančne podatke o profilu obremenitve pridobiti z uporabo merilnikov za neposredno merjenje obremenitev. Za sisteme zunaj omrežja ali samostojne sisteme vedno začnite z uporabo našega kalkulatorja obremenitve zunaj omrežja za poletne in zimske potrebe. Tabela obremenitev bo tudi pomagala izračunati konične obremenitve, faktorje moči in največje povpraševanje, potrebno za dimenzioniranje ustreznega sistema. Bodite pozorni na razlikovanje med pojmi kW (moč) in kWh (energija)!

2. korak – Dimenzioniranje baterije:

Kapaciteta baterije se meri v Ah ali Wh. THE Nikelj-železne baterije so dimenzionirani v Ah (za pridobitev kapacitete v KwH morate kapaciteto v Ah pomnožiti z napetostjo, npr. 200Ahx48V = 9.6 kWh nazivne energije), medtem ko je kapaciteta akumulatorjev litij se meri v kWh. Upoštevati je treba vse faktorje izgube, da zagotovimo, da velikost baterije zadostuje za izpolnjevanje obremenitev, vključno z največja dovoljena globina praznjenja (DoD), kar bo vplivalo tudi na življenjsko dobo. Upoštevajte tudi vrsto in kemijo baterije, razpon napetosti baterije, minimalni čas delovanja v dneh (neprekinjeni dnevi brez sončne svetlobe) in največjo stopnjo napolnjenosti baterije (ocena C), kot je podrobneje razloženo kasneje.

3. korak – Dimenzioniranje solarne instalacije

Za polnjenje akumulatorja ob napajanju bremen je potrebna pravilno dimenzionirana solarna instalacija. Da zagotovite, da je solarna instalacija dovolj velika, upoštevajte lokalne razmere, vključno s povprečnim sončnim obsevanjem skozi vse leto (najvišje ure sončne svetlobe), težave s senčenjem, orientacijo in kot nagiba plošče, izgube kablov in toplotno degradacijo (faktorji izgube). Orodje za sončno načrtovanje PVGIS lahko pomaga oceniti sončno proizvodnjo skozi vse leto na podlagi orientacije in lokacije panelov.

4. korak – Izbira pretvornika-polnilnika

Ko naredite korake od 1 do 3, morate izbrati ustrezen inverterski polnilnik in MPPT solarni krmilnik polnjenja, ki bo ustrezal solarni napeljavi glede na dolžino panelov in nizov, kar bo določilo napetostne verige. Za oceno uporabite kalkulator napetosti verige maksimalne in minimalne napetosti verige, kar vam bo pomagalo pri izbiri najprimernejšega MPPT polnilca (v tem primeru sem uporabil primer Victron MPPT kalkulatorja). Nato lahko pretvornik-polnilnik baterij izberete tako, da ustreza vašim potrebam po neprekinjeni in največji obremenitvi.

Kako izbrati pravi akumulatorski pretvornik?

LBaterijski pretvorniki za aplikacije zunaj omrežja imajo številne specifikacije, ki jih je treba upoštevati, preden izberete in dimenzionirate ustrezen baterijski pretvornik. Na voljo je več vrst sistemov, vključno z omrežno interaktivnimi razsmerniki-polnilniki, hibridnimi razsmerniki, popolnimi sistemi z integriranim shranjevanjem baterij (znanim kot BESS) in baterijskimi sistemi AC Coupling. Spodaj navajam nekaj ključnih pojmov, ki jih je treba upoštevati pri izbiri ustreznega pretvornika, z analizo podatkovnega lista baterijskega pretvornika, ki ga pogosto uporabljamo, le Victron Multiplus-II. Tu so merila, ki jih je treba upoštevati:

– Trajna izhodna moč pretvornika in konična moč (kVA & kW)

– Kapaciteta polnjenja inverter-polnilnika na baterije (v A)

– Prenosna zmogljivost

– Združljivost baterije (odvisno od tehnologije)

– Vrsta arhitekture (spojitev DC ali AC?)

– Telemetrija ter lokalni in/ali oddaljeni nadzor sistema

1. Izhodna moč pretvornika - največje stalne in konične vrednosti (kW)

Baterijski pretvorniki (hibridni ali izven omrežja) so na voljo v širokem razponu velikosti, ki jih določa neprekinjena izhodna moč, merjena v kW ali kVA. Moč pretvornika je odvisna od njegove topologije ali zasnove, vrste vezja za pretvorbo energije, prisotnosti transformatorja ali ne, hladilnega sistema in delovne temperature. Spodaj sta na voljo dve glavni vrsti hibridnih in neomrežnih pretvornikov.

Lbaterijski pretvorniki izven omrežja zaposliti Težki toroidni transformatorji, ki so dražji, vendar zagotavljajo visoko temensko in udarno moč ter lahko prenesejo visoke induktivne obremenitve. Ti pretvorniki običajno vsebujejo hladilne sisteme z aktivnim ventilatorjem za ohranjanje zmogljivosti pri visokih temperaturah. Kot je pojasnjeno spodaj, ima večina teh pretvornikov integrirane polnilnike in so tudi omrežno interaktivni (to je primer Victron Multiplus-II)

LHibridni pretvorniki in AC sklopljeni baterijski sistemi uporabljajte pretvornike brez transformatorjev s 'preklopnimi tranzistorji' (primer: hibridni pretvorniki Fronius GEN24, GROWATT ali DEYE, itd.) Ti kompaktni in lahki pretvorniki imajo nižjo konično moč in nižje nazivne napetosti, vendar so bolj ekonomični, cenejši in lažji za izdelavo. Običajno so tudi popolnoma odporni na vremenske vplive, kar pomeni, da jih je mogoče varno namestiti na bolj izpostavljenih lokacijah, vendar se je vedno treba izogibati neposredni izpostavljenosti sončni svetlobi. Vendar pa niso zasnovani za celoletno delovanje izven omrežja, ampak lahko zelo dobro prevzamejo občasne rezervne funkcije.

Bistveno je razumeti največjo moč, ki jo pretvornik lahko neprekinjeno zagotavlja, kot tudi konično moč, ki jo lahko prenese v kratkih časovnih obdobjih, kar je pogosto potrebno pri zagonu induktivnih bremen, kot so motorji. Naj vas ne sili izbirati, ali boste zagnali sušilnik za lase ali opekač kruha!

Pmoč v KVA ali kW? Kaj izberemo?

Pomembno je vedeti, ali je izhodna moč pretvornika navedena v kW ali kVA. Kilovati so na splošno najbolj natančne meritve. To je lahko zmedeno pri določanju velikosti pretvornika za vaše potrebe. Splošno pretvorbeno razmerje, uporabljeno za pretvorbo iz kVA v kW, je prikazano spodaj:

kVA x 0.8 = kW

Na primer, pretvornik 5kVA Victron je približno enakovreden pretvorniku 4kW. Drug primer je pretvornik z neprekinjeno izhodno močjo 3000 VA (3 kVA), ki običajno neprekinjeno ustvari samo 2400 vatov ali približno 80 % navedene 'navidezne' moči.

2. Zmogljivost polnjenja pretvornika (na splošno izražena v A):

To je zmogljivost pretvornika za polnjenje baterije iz tako imenovanega "obalnega" vira (generatorja). Višja stopnja polnjenja pomeni, da je baterijo mogoče hitreje napolniti, kar je lahko koristno na območjih z omejenimi obdobji sončne svetlobe ali ko ste prisiljeni zagnati generator. Primer z akumulatorskim pretvornikom Multiplus-II:

3. Velikost fotovoltaične instalacije (kW)

Velikost (razumeti moč) fotovoltaične instalacije mora biti združljiva z zmogljivostjo razsmernika. Prevelik ali premajhen razsmernik v primerjavi s fotovoltaično instalacijo lahko povzroči izgubo učinkovitosti in delovanja. SČe na primer vzamete Multiplus-3000VA in dodate dva polnilnika Victron RS 450/100 po 5 kWp, boste lahko uporabili le moč Multiplus, tj. 3KVA od skupne potencialne moči 10KVA (če vaše plošče proizvajajo v idealnih pogojih!).

4. Moč podajanja/prenosa (A):

Prehodna moč se nanaša na zmožnost pretvornika, da prenese moč iz omrežja ali generatorskega vira na obremenitve brez prehoda skozi baterije. To je pomembno za vzdrževanje napajanja med izpadi ali ko je baterija izpraznjena. Ta pojem je še posebej pomemben pri hibridnih konfiguracijah in manj na izoliranem mestu (pravzaprav z 32 A * 230 V = 6000 W, kar že ustreza dokaj udobnemu generatorju).

5.Združljivost baterije – sistemska napetost in vrsta baterije

Ključnega pomena je zagotoviti, da je pretvornik baterije združljiv s sistemsko napetostjo in vrsto uporabljene baterije, bodisi litijeve, nikelj-železove ali druge baterije. Na primer, Multiplus-II 48V bo moral biti opremljen z baterijsko banko, očitno v 48V, itd.

6. Vrsta sistemske arhitekture: DC ali AC sklopka?

Pretvorniki so lahko povezani z izmeničnim tokom (AC) ali enosmernim tokom (DC), pri čemer ima vsaka konfiguracija svoje prednosti in slabosti. Izbira bo odvisna od vašega specifičnega sistema in vaših potreb.

En Arhitektura DC sklopke, najbolj razširjen v off-grid, polnilnik baterij “MPPT”. nadzoruje sončne kolektorje čez dan, da poveča proizvodnjo sonca, ki se bo ponovno vbrizgal v baterije. Učinkovitost je odlična (92–96 %), če pa med proizvodnjo pride do lastne porabe energije, pretvorba DC/DC/AC (ker MPPT dobavlja enosmerni tok, ki ga sam naguba baterijski pretvornik za napajanje vašega 230 V obremenitve), bodo povzročile dodatne izgube:

En AC sklopni diagram, manj pogost in pogosto najden v sistemih z večjo močjo, je solarni pretvornik (Fronius) povezan z izhodom akumulatorskega pretvornika Multiplus. Slednji je odgovoren za nadzor v skladu s trenutnimi zahtevami po moči, tako da je energija, ki jo proizvede Fronius, prednostno usmerjena k potrošnikom, BREZ da gre skozi baterije:

Ta vrsta arhitekture ima dve pomembni prednosti:

- Boljša zmogljivost če večino zaužijete čez dan (zaužili boste dobesedno »ko gre sonce«).

- Kumulativna moč izhoda Fronius IN baterijskega pretvornika. Z drugimi besedami, če vaš Fronius proizvede 3KWP trenutne moči in imate 3KVA Multiplus, lahko teoretično dosežete 6KVA!

Vendar ima ta vrsta sistema dve pomanjkljivosti:

- Fronius je treba krmiliti s frekvenčno modulacijoe Multiplus, ki lahko premika digitalne ure in je problematičen za določeno občutljivo opremo (gospodinjski aparati itd.). Govorimo o pojavu "utripanja".

- Zmogljivost polnjenja baterije je povprečna, ker pride do pretvorbe DC/AC/DC in so izgube večje.

Kakšna bi bila torej najboljša arhitektura za robusten sistem zunaj omrežja?

Končno imamo lahko mešano arhitekturo, ki združuje AC in DC sklopko. Prednost tega je, da je robusten in odvečen (če je Fronius v poprodajnem servisu, imate solarno proizvodnjo polnilnika Victron MPPT in obratno)!

Primer mešanega sistema zunaj omrežja, ki združuje sklopitev DC in AC (prek Froniusa):

7. Telemetrija in lokalno upravljanje (nadzor):

Možnost lokalnega in oddaljenega spremljanja in nadzora vašega sistema je velika prednost, saj omogoča optimalno upravljanje porabe energije, proizvodnje sonca in shranjevanja energije. To prav tako omogoča natančno spremljanje iz dneva v dan različnih sistemskih spremenljivk (proizvodnja sonca, poraba v kWh, konice moči, stanje napolnjenosti akumulatorja) in morebitno prepoznavanje anomalij. Zato je bistveno orodje za integracijo v sistem zunaj omrežja.

Nasproti, izvleček iz armaturne plošče sistema Nadzor Victron VRM. Tam lahko spremljamo podrobne parametre, kot so napetost baterije, stanje napolnjenosti, moči in različne napetosti, vse v realnem času.

Kakšen baterijo izbrati?

V preteklosti je bila večina baterijskih pretvornikov zasnovana za delo s široko dostopnimi svinčeno-kislinskimi baterijami (Gel, AGM in OpZ). Svinčevi akumulatorji so večji, težji in lahko oddajajo pline, ki zahtevajo prezračevanje. Imajo omejeno življenjsko dobo in ne dopuščajo nobene zlorabe ali napak pri ravnanju (globoko praznjenje, temperature, sulfatizacija itd.). Za primerjavo so litij-ionske baterije lažje, kompaktnejše, učinkovitejše in jih je mogoče varno shraniti v zaprtem ohišju, hkrati pa so modularne. Številni sistemi litijevih baterij, kot so tisti iz BYD, Pylontech oz TESVOLT, imajo integrirane enote za upravljanje baterij (BMS), ki za varno in učinkovito delovanje potrebujejo pretvornik z združljivimi komunikacijami (omrežni protokol CANbus). Moramo se zmeniti več sto litijevih baterij, nameščenih na izoliranih mestih z odličnimi povratnimi informacijami in anedoktičnimi stopnjami napak (približno 1 %).

Kar zadeva sistem upravljanja BMS, so nekatere litijeve baterije samoupravljive, na primer litij-titanatne baterije Zenaji Aeon.

Za sisteme zunaj omrežja, Nikelj-železove Edisonove baterije so odlična izbira, glede na njihovo robustnost in toleranco na zlorabe (dolgotrajna globoka praznjenja, temperature itd.). Njihova življenjska doba je več desetletij, če so pravilno dimenzionirani in upravljani. Ena največjih prednosti NiFe baterij je, da se ne izklopijo pri nizki napetosti ali nizkem stanju napolnjenosti (SOC), za razliko od sodobnih litijevih baterij. Po drugi strani, zahtevajo redno vzdrževanje (četrtletno dolivanje demineralizirane vode).