Solar autonomi ("off-grid"), den praktiska guiden!

Innan du skaffar någon utrustning som behövs för ett solenergisystem (hybrid) eller off-grid energisystem, är det avgörande att behärska grunderna för att designa och dimensionera energilagringssystem. Som illustreras nedan är det första steget att utveckla en laddprofil via vår kalkylator, för att uppskatta hur mycket energi du kommer att förbruka på plats på en daglig basis. 

Exemple (klicka på denna länk för att komma till excel-kalkylatorn online) :

Steg 1 – Utvärdering av förbrukning i kWh:

 Det mest avgörande elementet i utformningen av ett off-grid solsystem är uppskattningen av den energi som krävs på en daglig basis i kWh. För nätanslutna platser kan exakta lastprofildata erhållas genom att använda mätare för att direkt mäta laster. För off-grid eller fristående system, börja alltid med att använda vår off-grid belastningskalkylator för sommar- och vinterbehov. Belastningstabellen hjälper också till att beräkna topplaster, effektfaktorer och maximalt behov som behövs för att dimensionera rätt system. Var noga med att skilja mellan begreppen kW (effekt) och kWh (energi)!

Steg 2 – Batteristorlek:

Batterikapaciteten mäts i Ah eller Wh. DE Nickel-järn batterier är dimensionerade i Ah (för att få kapaciteten i KwH måste du multiplicera kapaciteten i Ah x spänningen, till exempel 200Ahx48V = 9.6 kWh nominell energi), medan batteriernas kapacitet litium mäts i kWh. Alla förlustfaktorer måste beaktas för att säkerställa att batteristorleken är tillräcklig för att klara belastningen, inklusive maximalt tillåtet urladdningsdjup (DoD), vilket också kommer att påverka livslängden. Tänk också på batterityp och kemi, batterispänningsområde, minsta körtidsdagar (kontinuerliga dagar utan solljus) och maximal batteriladdningshastighet (C-klassificering), som förklaras mer i detalj senare.

Steg 3 – Dimensionering av solcellsanläggningen

 Det är nödvändigt att ha en korrekt dimensionerad solcellsinstallation för att ladda batteriet samtidigt som laddningarna drivs. För att säkerställa att solcellsinstallationen är tillräckligt stor, överväg lokala förhållanden, inklusive genomsnittlig solinstrålning under hela året (högt solljus), problem med skuggning, orientering och panellutningsvinkel, kabelförluster och termisk degradering (förlustfaktorer). PVGIS solenergidesignverktyg kan hjälpa till att uppskatta solgenerering under hela året, baserat på panelernas orientering och placering.

Steg 4 – Val av inverter-laddare

När steg 1 till 3 är gjorda måste du välja en lämplig inverterladdare, samt en MPPT-solarladdningsregulator för att matcha solcellsinstallationen baserat på längden på panelerna och strängarna, vilket kommer att bestämma spänningskedjorna. Använd en kedjespänningskalkylator för att uppskatta de maximala och lägsta kedjespänningarna, vilket hjälper dig att bestämma valet av den mest lämpliga MPPT-laddaren (jag använde exemplet med Victron MPPT-kalkylatorn i det här fallet). Sedan kan batteriväxelriktaren-laddaren väljas för att möta dina behov av kontinuerlig och toppbelastning.

Hur väljer man rätt batteriväxelriktare?

LBatteriväxelriktare för applikationer utanför nätet har många specifikationer att ta hänsyn till innan man väljer och dimensionerar en lämplig batteriväxelriktare. Flera typer av system finns tillgängliga, inklusive nätinteraktiva inverter-laddare, hybridväxelriktare, kompletta system med integrerad batterilagring (känd som BESS) och AC-kopplingsbatterisystem. Nedan skisserar jag några nyckelbegrepp att tänka på när man väljer en lämplig växelriktare, genom att analysera databladet för en batteriväxelriktare som vi använder ofta, le Victron Multiplus-II. Här är kriterierna som måste beaktas:

 

– Kontinuerlig uteffekt från växelriktaren och toppeffekt (kVA & kW)

– Laddningskapacitet för inverter-laddaren till batterierna (i A)

– Överföringskapacitet 

– Batterikompatibilitet (beroende på teknik)

– Typ av arkitektur (DC eller AC-koppling?)

– Telemetri och lokal och/eller fjärrsystemövervakning

 

  

1. Inverterns uteffekt – maximala kontinuerliga och toppvärden (kW)

 

Batteriväxelriktare (hybrid eller off-grid) finns i ett brett utbud av storlekar, bestämt av kontinuerlig uteffekt mätt i kW eller kVA. Växelriktarens effekt beror på dess topologi eller design, typen av energiomvandlingskrets, närvaron eller inte av en transformator, kylsystemet och driftstemperaturen. Nedan finns två huvudtyper av hybrid- och off-grid-växelriktare tillgängliga.

 

 

Loff-grid batteriväxelriktare använda Kraftiga ringkärltransformatorer, som är dyrare, men ger hög topp- och överspänningseffekt och klarar höga induktiva belastningar. Dessa växelriktare innehåller vanligtvis aktivt fläktade kylsystem för att bibehålla prestanda i höga temperaturer. Som förklaras nedan har de flesta av dessa växelriktare integrerade laddare och är också nätverksinteraktiva (detta är fallet med Victron Multiplus-II)

 

LHybridväxelriktare och AC-kopplade batterisystem använd transformatorlösa växelriktare med "växlingstransistorer" (exempel: Fronius GEN24, GROWATT eller DEYE hybridväxelriktare, etc...) Dessa kompakta och lätta växelriktare har lägre toppeffekt och överspänningsvärden, men är mer ekonomiska, är billigare och lättare att tillverka. De är vanligtvis också helt väderklassade, vilket innebär att de säkert kan installeras på mer utsatta platser, även om direkt exponering för solljus alltid bör undvikas. De är dock inte konstruerade för året-runt-off-grid-drift, utan kan mycket väl ta på sig enstaka backup-funktioner.

 

   

 

Det är avgörande att förstå den maximala effekt växelriktaren kan leverera kontinuerligt, liksom den toppeffekt den kan hantera under korta tidsperioder, vilket ofta är nödvändigt när man startar induktiva laster som motorer. Tvingas inte att välja om du ska starta hårtorken eller brödrosten! 

 

 

Peffekt i KVA eller kW? Vad väljer vi?

 

Det är viktigt att notera om växelriktarens uteffekt anges i kW eller kVA. Kilowatt är i allmänhet det mest exakta måttet. Detta kan vara förvirrande när du dimensionerar en växelriktare för dina behov. Det allmänna omvandlingsförhållandet som används för att konvertera från kVA till kW visas nedan:

 

kVA x 0.8 = kW

 

Till exempel är en 5kVA Victron-växelriktare ungefär lika med en 4kW-växelriktare. Ett annat exempel är en växelriktare med en kontinuerlig uteffekt på 3000VA (3kVA) som vanligtvis bara genererar 2400 Watt kontinuerligt, eller cirka 80% av den angivna "skenbara" effekten.

 

 

 

2. Inverterns laddningskapacitet (vanligtvis uttryckt i A):

 

Detta är växelriktarens kapacitet att ladda batteriet från en så kallad "shore"-källa (en generator). En högre laddningshastighet innebär att batteriet kan laddas snabbare, vilket kan vara fördelaktigt i områden med begränsade perioder av solljus eller när du tvingas köra generatorn. Exempel med Multiplus-II batteriväxelriktare:

 

 

3. Storlek på solcellsanläggning (kW)
 

Storleken (förstå kraften) på solcellsanläggningen måste vara kompatibel med växelriktarens kapacitet. En överdimensionerad eller underdimensionerad växelriktare jämfört med solcellsanläggningen kan resultera i förlust av effektivitet och prestanda. SOm du till exempel tar en Multiplus-3000VA och lägger till två Victron RS 450/100-laddare på 5 kWp vardera, kommer du bara att kunna använda kraften hos Multiplus, det vill säga 3KVA av en total potentiell effekt på 10KVA (om dina paneler producerar under idealiska förhållanden!).

 

 

4. Överför/överför effekt (A):

 

Passerande effekt avser växelriktarens förmåga att överföra kraft från nätet eller en genererande källa till lasterna utan att passera genom batterierna. Detta är viktigt för att behålla strömmen under avbrott eller när batteriet är urladdat. Denna uppfattning är särskilt viktig på hybridkonfigurationer och är mindre så på en isolerad plats (i själva verket med 32A * 230V = 6000W, vilket redan motsvarar en ganska bekväm generator).

 

 

 

5.Batterikompatibilitet – Systemspänning och batterityp
 
Det är avgörande att se till att batteriväxelriktaren är kompatibel med systemspänningen och typen av batteri som används, oavsett om det är litium-, nickel-järn- eller andra batterier. Till exempel måste en Multiplus-II 48V vara utrustad med ett 48V-batteri, självklart, etc.

 

6. Systemarkitekturtyp: DC- eller AC-koppling?

 

Växelriktare kan kopplas med växelström (AC) eller likström (DC), varje konfiguration har sina fördelar och nackdelar. Valet beror på ditt specifika system och dina behov.

 

En DC-kopplingsarkitektur, den mest utbredda inom off-grid, en "MPPT" batteriladdare styr solpanelerna under dagen för att maximera solproduktionen, som återinjiceras i batterierna. Verkningsgraden är utmärkt (92-96%), men om självförbrukningen av energi sker under produktionen, kommer DC/DC/AC-omvandlingen (eftersom MPPT levererar likström, själv korrugerad av batteriväxelriktaren för att driva din 230V laster), kommer att orsaka ytterligare förluster:

 

 

 

En AC-kopplingsschema, mindre vanligt och ofta på system med högre effekt, är en solomriktare (Fronius) sammankopplad med utgången på Multiplus batteriväxelriktare. Den senare ansvarar för att styra den i enlighet med momentana effektbehov, så att energin som produceras av Fronius riktas som en prioritet till konsumenterna, UTAN att passera genom batterierna:

 

 

 

 

Denna typ av arkitektur har två anmärkningsvärda fördelar:

 

- Bättre prestanda om det mesta av din konsumtion görs under dagen (du kommer bokstavligen att konsumera "när solen går förbi").

- Kumulativ effekt för Fronius-utgången OCH batteriväxelriktaren. Med andra ord, om din Fronius producerar 3KWP momentan effekt, och du har en 3KVA Multiplus, kan du teoretiskt nå 6KVA!

 

Denna typ av system har dock två nackdelar:

 

- Fronius måste styras med frekvensmoduleringe av Multiplus, som kan växla digitala klockor, och vara problematisk för viss känslig utrustning (hushållsapparater, etc.). Vi talar om fenomenet "flimmer".

- Batteriladdningsprestanda är medioker, eftersom det finns en DC/AC/DC-omvandling och förlusterna är större.

 

Så vad skulle vara den bästa arkitekturen för ett robust off-grid-system? 

Slutligen kan vi ha en blandad arkitektur, som kombinerar AC- och DC-koppling. Detta har fördelen av att vara robust och redundant (om Fronius är i eftermarknadsservice har du solenergiproduktionen av Victron MPPT-laddaren och vice versa)! 

Exempel på ett blandat off-grid-system, som kombinerar DC & AC-koppling (via en Fronius): 

 

 

7. Telemetri och lokal hantering (övervakning):  

 

Möjligheten att övervaka och styra ditt system lokalt och på distans är en avsevärd fördel, vilket möjliggör optimal hantering av energiförbrukning, solproduktion och energilagring. Detta gör det också möjligt att ha exakt övervakning dag efter dag av de olika systemvariablerna (solproduktion, förbrukning i kWh, effekttoppar, batteriets laddningstillstånd) och att eventuellt identifiera anomalier. Det är därför ett viktigt verktyg för att integrera i ett off-grid system.