Як працює автономна сонячна система? Пояснення компонентів, потоку та розміру

Кабіна стоїть за чотири кілометри від останнього стовпа електромережі, і оператор мережі хоче п’ятизначну суму за кілометр, щоб подовжити лінію. У цей момент генерування та зберігання власної електроенергії перестає бути вибором способу життя та стає простою арифметикою. Отже, як працює автономна сонячна система? По суті, він запускає чотириетапний цикл щодня: фотоелектричні панелі перетворюють сонячне світло на постійний струм (DC), контролер заряду або гібридний інвертор регулює цей струм і безпечно направляє його, банк акумуляторів зберігає все, що домогосподарство не використовує негайно, а інвертор перетворює накопичений постійний струм назад у змінний струм (AC) з напругою та частотою, які очікують ваші прилади. Оскільки за цим не стоїть жодна комунальна мережа, кожен крок має покривати 100% вашого попиту — немає чистого вимірювання, немає резервної мережі та немає другого шансу після заходу сонця.

Робочий цикл: чотири кроки від сонячного світла до розетки

Найчіткіший спосіб зрозуміти технологію - це спостерігати за однією одиницею енергії протягом типового дня.

1. Покоління. Панелі виробляють постійний струм щоразу, коли до них потрапляє світло. Сучасний монокристалічний модуль потужністю 450 Вт у Центральній Європі дає приблизно 1,2–1,6 кВт/год у ясний літній день, але лише 0,4–0,9 кВт/год у грудні, і цей сезонний розрив керує всім процесом проектування.
2. Регулювання. Схема MPPT контролера заряду утримує масив у максимальній точці потужності — відстеження в межах приблизно 1–2% від теоретичного оптимуму — і вимірює струм в батарею через об’ємну, поглинальну та плаваючу стадії, щоб елементи ніколи не перезаряджалися.
3. Зберігання. Надлишок енергії заповнює акумуляторну батарею. У поточних житлових будівлях це означає літій-залізофосфат (LiFePO4) на платформі 48 В: корисна глибина розряду 90% або більше, плоскі криві напруги та життєвий цикл понад 6000 циклів.
4. Перетворення. Інвертор споживає постійний струм від батареї та генерує чисту синусоїду змінного струму — 230 В/50 Гц у Європі, 120/240 В/60 Гц у Північній Америці — з ефективністю перетворення 93–97%.

Після настання темряви цикл працює у зворотному напрямку: батарея живить інвертор, а інвертор живить будинок. Коли сонце повертається, масив заряджає банк, одночасно несучи денні навантаження. Під час тривалих періодів похмурої погоди більшість гібридних інверторів також допускають резервний генератор на спеціальному вході змінного струму; блок синхронізується з генератором і автоматично заряджає акумулятори. Навіть якщо ви ніколи не купуєте генератор, вказівка ​​на те, що вхідний отвір коштує недорого під час проектування та рятує систему в найгірший можливий момент.

Компоненти, які виконують фактичну роботу

Чотири групи компонентів несуть систему, і кожна з них відповідає на різні інженерні запитання.

Сонячні панелі: виробнича стеля

Панелі встановлюють верхню межу для всього іншого. Монокристалічні модулі для житлових будинків тепер охоплюють приблизно від 400 Вт до 620 Вт, а деталі компонування важливіші поза мережею, ніж на ній: двосторонній модуль, встановлений на світлому гравії, може отримати додаткові 5–15% від зворотного відбиття, тоді як один затінений димохід може пригнічувати вихід цілої струни на години. Немережні масиви розраховані на найгірший місяць року, тому вони зазвичай перевозять більше панелей, ніж дах з решіткою, що обслуговує те саме щоденне споживання.

Гібридний інвертор із вбудованим контролером заряду MPPT

У більшості встановлених сьогодні систем контролер і інвертор знаходяться в одному гібридному пристрої. Типова однофазна модель потужністю 5 кВт приймає 6–8 кВт фотоелектричної енергії через два незалежні трекери MPPT, витримує напругу холостого ходу приблизно до 500–650 В постійного струму та переходить на живлення від батареї протягом приблизно 4–10 мілісекунд, коли вихід сонячної енергії зникає — достатньо швидко, щоб комп’ютери залишалися ввімкненими, а компресори не глухнули. Відомі бренди, такі як Deye та Solis, публікують час передачі, кількість MPPT і максимальну ефективність у своїх таблицях даних, і ці три цифри заслуговують на таку ж увагу, як і ціна.

Однофазний гібридний інвертор Deye SUN-5K-SG03LP1-EU 5 кВт Гібридний блок потужністю 5 кВт з подвійними трекерами MPPT і швидкою передачею батареї, ядром контролер-інвертор, про який говорилося перед карткою. Його опублікований час передачі, кількість MPPT і показники ефективності варто порівняти з вашою ціною. Переглянути продукт →

Банк батареї: де насправді живе незалежність

Акумулятор вирішує, як довго ви протримаєтеся без сонця, і LiFePO4 витіснив свинцево-кислотний з трьох вимірних причин: 90–100% корисної ємності проти приблизно 50%, кілька тисяч циклів заряджання проти 500–1200 і рівна напруга розряду, яка зберігає стабільність інверторів, поки акумулятор майже не спустошиться. Стандартним будівельним блоком є ​​модуль 51,2 В, 100 А·год, який накопичує приблизно 5,12 кВт·год; ємність збільшується за рахунок укладання додаткових модулів, а бортова система керування акумулятором (BMS) балансує клітини та від’єднується на безпечних межах.

Акумулятор Deye SE-F5 Pro 5,12 кВт·год 51,2 В LiFePO4 Модуль LiFePO4 на 51,2 В, 100 А·год, що накопичує приблизно 5,12 кВт·год, із безперервним струмом 100 A та захистом BMS. Він відповідає типовій батареї, описаній тут, і розширюється паралельно зі зростанням ваших потреб у сховищі. Переглянути продукт →

Актори другого плану також мають значення. Об’єднувачі постійного струму об’єднують рядки за входами з запобіжниками, фотоелектричний кабель має бути такого розміру, щоб падіння напруги не перевищувало 2–3%, роз’єми MC4 мають відповідати номінальній напрузі системи, а реєстратор даних дозволяє спостерігати за станом заряду та щоденним виходом із телефону, а не ходити до стіни обладнання. Жодна з цих частин не коштує багато порівняно з акумулятором, і кожна з них є звичайним джерелом несправностей, якщо її розробити.

Off-Grid проти Grid-Tied проти Гібрид: що змінюється без Grid

Усі три архітектури мають однакову фізику, але батарея та інвертор відіграють дуже різні ролі залежно від наявності лінії електропостачання. У таблиці нижче наведено практичні відмінності, які впливають як на дизайн, так і на бюджет.

Розмір: де автономні проекти досягають успіху чи провалу

Прив’язані до електромережі власники, які мають низький розмір, просто викуповують нестачу в комунального підприємства. Власники, які не працюють у мережі, щовечора отримують темний будинок або генератор. Послідовність визначення розміру, якої дотримуються інсталятори, складається з чотирьох кроків:

1. Аудит навантаження. Перерахуйте кожен прилад, помножте ват на години роботи та додайте споживання в режимі очікування. Скромний ефективний дім зазвичай витрачає 8–12 кВт-год на день — холодильник — 1,5 кВт-год, світлодіодне освітлення — 0,5, водяний насос — 0,8, цикл пральної машини — 0,8, електроніка та маршрутизатор — 0,4 — плюс 20% запас на завантаження, про які ви забули.
2. Розмір масиву для найгіршого місяця. Щоденна кількість кВт/год ÷ (пікові сонячні години × 0,75 зниження системної потужності). На 10 кВт/год на добу і 2,8 сонячних годин взимку, тобто 10 ÷ (2,8 × 0,75), або близько 4,8 кВт панелей — десять-дванадцять модулів по 450 Вт.
3. Розмір банку по автономії. Добове навантаження × дні автономної роботи ÷ корисна глибина розряду. Для 10 кВт/год і 1,5 дня автономності: 10 × 1,5 ÷ 0,9, або приблизно 16,7 кВт/год встановленої літієвої ємності.
4. Вибирайте розмір інвертора відповідно до пікового споживання, а не щоденної енергії. Додайте все, що могло б працювати одночасно, а потім перевірте стрибок двигуна — компресори та насоси під час запуску споживають у два-три рази більше номінальної потужності, тому пікова потужність у 5 кВт зазвичай виправдовує блок потужністю 6–8 кВт.

Якщо арифметика виглядає важкою, наш покроковий посібник із автономного проектування проробляє кожен обчислення на реальних прикладах. Крім того, попередньо сконструйовані комплекти згортають чотири етапи в одне рішення, оскільки масив, інвертор і накопичувач надходять із відповідними номерами.

Автономний сонячний комплект на 5 кВт із накопичувачем на 10 кВт-год Попередньо сконструйований набір, що поєднує масив потужністю 5 кВт та інвертор із відповідним накопичувачем ємністю 10 кВт·год, згортаючи етапи визначення розміру в одне рішення. Просто підтвердьте зв'язок по шині CAN між інвертором і батареєю перед замовленням. Переглянути продукт →

Наприклад, комплект потужністю 5 кВт з накопичувачем 10 кВт год підходить для сім’ї з двох осіб з ефективними приладами та газовим або дров’яним опаленням. Одне попередження щодо закупівель, взяте з досвіду: змішування брендів інвертора та акумулятора без підтвердженого зв’язку по шині CAN є єдиною найпоширенішою помилкою в специфікаціях, яку ми бачимо. Апаратне забезпечення зазвичай працює, але параметри заряду та протоколи рукостискання потрібно перевіряти за обома таблицями даних, ніколи не передбачається.

Де автономна сонячна енергія має сенс, а де ні

Технологія зріла; рішення економічне.

• Сильні кандидати: віддалені кабіни та ферми, де розширення лінії коштує дорожче, ніж уся система, телекомунікаційні та метеостанції, сільськогосподарські насосні станції та фургони чи човни, де мережа просто не існує.
• Прикордонні випадки: будинків, підключених до ненадійних мереж. Працює лише автономно від мережі, але гібридна система, яка нормально працює з мережею та переривається під час збоїв, забезпечує подібну безпеку з меншою ємністю акумулятора.
• Погано підходить: заміські будинки зі стабільною недорогою електроенергією — акумуляторна батарея автономного розміру більшу частину року простоює наполовину й ніколи не повертає премії.
• Легкий обов'язок: для кемпінгу, робочих майданчиків або домашнього аварійного ящика портативна електростанція потужністю від 700 до 2000 Вт у поєднанні зі складною панеллю потужністю 100–200 Вт відтворює той самий цикл генерування-регулювання-зберігання-перетворення в портативному форматі без встановлення взагалі.

Автономна сонячна система – це не чорний ящик. Це чотири компоненти в дисциплінованому циклі — генерувати, регулювати, зберігати, перетворювати — з кожним запасом, який визначається вашим найгіршим тижнем погоди, а не вашим середнім днем. Чесно перевірте навантаження, розрахуйте на грудень, а не на липень, підтвердьте, що акумулятор і інвертор можуть спілкуватися один з одним, і той самий цикл працюватиме десятиліттями на паливі, яке надходить безкоштовно щоранку. Якщо ви віддаєте перевагу підбору компонентів, наш каталог поставляє панелі, гібридні інвертори та накопичувачі LiFePO4 як попередньо налаштовані комплекти для класів потужності 3–20 кВт, і наша команда розрахує систему відповідно до вашого фактичного списку навантажень замість загального шаблону.