Bagaimana untuk mengira konfigurasi yang sesuai untuk sistem luar grid kecil anda sendiri?

Pernahkah anda terfikir untuk menggunakan sistem tenaga solar anda sendiri di kabin gunung, bot nelayan atau RV untuk membebaskan diri daripada pergantungan pada grid awam?

Sebenarnya, ini bukan sesuatu yang hanya boleh dicapai oleh jurutera. Selagi anda menguasai beberapa langkah dan formula utama, anda boleh mengira konfigurasi yang sesuai untuk sistem fotovoltaik luar grid kecil anda sendiri.

Sistem suria luar grid merujuk kepada sistem bebas yang tidak bergantung pada grid awam, sebaliknya bergantung sepenuhnya pada penjanaan kuasa fotovoltaik dan penyimpanan bateri untuk memenuhi keperluan elektrik. Ia sesuai untuk digunakan di kawasan pergunungan terpencil, pulau, kawasan pastoral, RV, bot nelayan dan lokasi lain dengan kuasa grid yang tidak stabil.

Di bawah, kami akan membimbing anda melalui empat langkah untuk mengira konfigurasi yang diperlukan.

Langkah 1: Tentukan kuasa modul fotovoltaik

Kuasa panel fotovoltaik (panel suria) menentukan berapa banyak tenaga elektrik yang boleh dihasilkan oleh sistem anda.

Pendekatan pengiraan teras ialah: mula-mula tentukan permintaan elektrik harian, kemudian gabungkannya dengan keadaan iklim tempatan (terutamanya tempoh cahaya matahari) untuk menentukan jumlah kuasa panel fotovoltaik.

Formula:

Kuasa modul = (Permintaan elektrik harian × Faktor lebihan hari mendung berterusan) ÷ (Purata jam cahaya matahari tempatan × Kecekapan sistem)

* Penggunaan elektrik harian: Ini boleh dikira dengan menjumlahkan kuasa undian semua peranti didarab dengan masa penggunaannya.

Contohnya, lampu LED 10W × 5 jam = 50Wh, peti sejuk 60W × 24 jam = 1440Wh.

* Faktor lebihan hari mendung berterusan: Untuk mengambil kira penjanaan kuasa yang tidak mencukupi semasa hari mendung berturut-turut, faktor ini biasanya ditetapkan antara 1.1 dan 1.3.

* Purata jam cahaya matahari harian tempatan: Ini boleh diperoleh daripada data meteorologi tempatan. Sebagai contoh, Beijing mempunyai purata kira-kira 4 jam cahaya matahari setiap hari, manakala Hainan mungkin mempunyai lebih daripada 5 jam.

* Kecekapan sistem: Ini menyumbang kepada kehilangan kabel, kecekapan pengawal, kehilangan penyongsang, dsb., dan biasanya ditetapkan antara 0.75 dan 0.8.

Sebagai contoh:

Dengan mengandaikan penggunaan elektrik harian anda ialah 3,000 Wj, purata waktu cahaya matahari harian tempatan ialah 4.5 jam, kecekapan sistem ialah 0.78, dan pekali hari hujan berterusan ialah 1.2:

Kuasa modul = (3,000 × 1.2) ÷ (4.5 × 0.78) ≈ 1,026 W

Ini bermakna anda perlu memasang panel fotovoltaik dengan jumlah kuasa kira-kira 1 kW, seperti empat modul 250 W.

Langkah 2: Tentukan kuasa penyongsang luar grid

Penyongsang menukar arus terus (DC) daripada panel fotovoltaik atau bateri kepada arus ulang alik (AC) untuk digunakan oleh perkakas rumah biasa.

Kuasanya mestilah mencukupi untuk memenuhi permintaan kuasa serta-merta maksimum anda, terutamanya dengan mengambil kira arus masuk beban induktif (peralatan dipacu motor).

Formula:

Kuasa penyongsang = (Jumlah kuasa beban rintangan + Jumlah kuasa beban induktif × 5) × Faktor margin ÷ Faktor kuasa

* Beban rintangan: Peranti rintangan seperti mentol lampu, cerek elektrik dan ketuhar.

* Beban induktif: Peralatan dengan motor atau pemampat, seperti peti sejuk, pam air, penghawa dingin, dsb. Kuasa serta-merta semasa permulaan mungkin 5–7 kali ganda kuasa terkadar.

* Faktor keselamatan: Biasanya ditetapkan pada 1.2–1.5 untuk memastikan margin.

* Faktor kuasa: Biasanya ditetapkan pada 0.8–0.9.

Contoh:

Andaikan anda mempunyai lekapan lampu 200W (beban rintangan), peti sejuk 100W (beban induktif), faktor margin 1.3, dan faktor kuasa 0.85:

Kuasa penyongsang = (200 + 100 × 5) × 1.3 ÷ 0.85

≈ (200 + 500) × 1.3 ÷ 0.85

≈ 700 × 1.3 ÷ 0.85

≈ 1070 W

Anda memerlukan penyongsang dengan kapasiti minimum 1.1 kW, dan disyorkan untuk memilih model 1.5 kW untuk kestabilan yang lebih besar.

Langkah 3: Tentukan kapasiti bateri

Bateri ialah "penyimpanan kuasa" sistem luar grid, dan elektrik yang digunakan pada waktu malam atau pada hari mendung terutamanya berasal daripadanya. Kapasiti bergantung pada bilangan hari anda memerlukan bekalan kuasa berterusan dan penggunaan elektrik harian.

Formula:

Kapasiti bateri (Ah) = (Penggunaan elektrik harian × Bilangan hari bekalan kuasa pada hari mendung) ÷ (Kedalaman nyahcas × Kecekapan pengecasan/nyahcas × Voltan pek bateri)

* Kedalaman Nyahcas (DOD): Untuk bateri asid plumbum, DOD 0.5–0.6 disyorkan; untuk bateri litium, DOD 0.8–0.9 boleh diterima.

* Kecekapan Caj/Nyahcas: Biasanya ditetapkan pada 0.85–0.9.

* Voltan Bank Bateri: Voltan biasa termasuk 12V, 24V dan 48V; voltan yang lebih tinggi disyorkan untuk keperluan kuasa yang lebih tinggi.

Contoh:

Dengan mengandaikan anda menggunakan 3000Wj setiap hari dan ingin mempunyai kuasa selama 2 hari dalam cuaca mendung, menggunakan bateri litium 48V (DOD=0.9, kecekapan=0.9):

Kapasiti bateri = (3000 × 2) ÷ (0.9 × 0.9 × 48)

≈ 6000 ÷ 38.88

≈ 154 Ah

Anda memerlukan pek bateri 48V 154Ah (kira-kira 7.4kWh).

Langkah 4: Tentukan spesifikasi pengawal

Pengawal fotovoltaik mengawal proses pengecasan daripada modul fotovoltaik ke bateri.

Spesifikasinya bergantung terutamanya pada arus input maksimum, dikira menggunakan formula berikut:

Formula:

Arus input pengawal = Kuasa maksimum modul fotovoltaik ÷ Voltan pek bateri

Contohnya, jika panel fotovoltaik anda mempunyai jumlah kuasa 1000W dan voltan pek bateri ialah 48V:

Arus input pengawal = 1000 ÷ 48 ≈ 20.8A

Oleh itu, anda perlu memilih pengawal dengan arus input lebih besar daripada 21A, biasanya jenis MPPT (kecekapan lebih tinggi, lebih berfaedah pada hari mendung).

Tips Praktikal

1. Benarkan margin: Jangka hayat dan kestabilan operasi peralatan bergantung pada reka bentuk redundansi yang sesuai; jangan betulkan parameter terlalu tegar.
2. MPPT lebih unggul daripada PWM: Walaupun pengawal MPPT lebih mahal sedikit, mereka menawarkan kecekapan penjanaan kuasa yang lebih tinggi, terutamanya dalam keadaan pencahayaan yang tidak stabil.
3. Utamakan bateri litium-ion: Ia padat, ringan dan berkeupayaan nyahcas dalam, menawarkan penjimatan kos jangka panjang.
4. Rancang untuk pengembangan masa hadapan: Jika anda menjangkakan menambah lebih banyak peralatan pada masa hadapan, pastikan kapasiti antara muka yang mencukupi untuk kedua-dua sistem fotovoltan dan bateri.

Teras reka bentuk sistem fotovoltaik luar grid yang kecil terletak pada pengiraan tepat konfigurasi berdasarkan keperluan sebenar, dan bukannya "membeli beberapa panel dan bateri" dan memanggilnya sehari.

Kuasai 4 formula ini:

1. Formula kuasa modul fotovoltaik
2. Formula kuasa penyongsang
3. Formula kapasiti bateri
4. Formula semasa input pengawal

Anda kemudiannya boleh mengira konfigurasi untuk sistem luar grid kecil yang mencukupi dan stabil.

Apabila mereka bentuk buat kali pertama, anda boleh menambah margin tambahan 10%–20% berdasarkan hasil formula, membolehkan lebih fleksibiliti dalam mengendalikan perubahan cuaca dan pengembangan peralatan.