Jak dobrać rozmiar banku baterii słonecznych do rzeczywistych obciążeń

Większość przewodników po rozmiarach podaje wzór i na tym się kończy. Formuła jest łatwą częścią. W przypadku prawdziwych instalacji najbardziej zastanawia ludzi wszystko dookoła: - użyteczna pojemność, która zmienia się wraz ze składem chemicznym i temperaturą, falownik, który nie jest w stanie zapewnić udaru wymaganego przez pompę studniową, lub liczba autonomii, która na papierze wyglądała dobrze, dopóki-trzydniowe pochmurne okresy nie opróżniły banku do pory lunchu drugiego dnia.

W tym przewodniku omówiono dobór baterii akumulatorów w sposób, w jaki podchodzi do tego projektant systemu: zacznij od rzeczywistych obciążeń, zastosuj podstawowy wzór, a następnie dostosuj do realiów inżynieryjnych, które pomija podręcznikowe równanie. Na koniec będziesz mieć zakres pojemności, za który możesz faktycznie kupić -, a nie tylko liczbę na tablicy.

Jak duży powinien być bank baterii słonecznych?

Podstawowa zależność wielkości jest następująca:

Wymagana pojemność użytkowa (Wh)=Dzienne zużycie energii (Wh) × Liczba dni autonomii

Następnie podziel przez docelową głębokość rozładowania (DoD), aby uzyskać pojemność nominalną, którą faktycznie musisz kupić:

Pojemność nominalna (Wh)=Wymagana pojemność użytkowa ÷ ułamek użyteczny

Jeśli parametry baterii są podawane w-amp{0}}godzinach, a nie wato-godzinach, przelicz za pomocą:

Ah=Wh ÷ napięcie systemowe

Dzięki temu uzyskasz możliwy do obrony punkt wyjścia. To, co zmienia go w prawdziwy projekt, to uwzględnienie składu chemicznego akumulatora,-wydajności w obie strony, ograniczeń falownika, obciążeń udarowych, temperatury i okna ładowania słonecznego. W pozostałej części tego artykułu wyjaśniono, jak to zrobić.

Uwaga do wzoru: w niektórych przewodnikach zapisano „codzienne użycie × czas tworzenia kopii zapasowej w godzinach”, co działa tylko wtedy, gdy ponownie się podzielisz. Używaniedni autonomiiutrzymuje spójność jednostek i pozwala uniknąć najczęstszego błędu w wymiarowaniu, jaki widzimy na forach DIY.

Pojemność baterii a moc wyjściowa

Zanim jakakolwiek liczba będzie miała jakiekolwiek znaczenie, warto rozdzielić dwie rzeczy, które ludzie często mylą:

• Pojemność (Wh lub kWh)- ile energii magazynuje bank. To właśnie obliczają formuły rozmiaru.
• Moc (W lub kW)- jak szybko ta energia może zostać dostarczona w danym momencie. Jest to ograniczone przez współczynnik C-akumulatora i częściej przez falownik.

Bank o mocy 10 kWh z falownikiem o mocy 3 kW może zasilać laptopa przez kilka dni, ale nie może uruchomić pompy studniowej o mocy 5 koni mechanicznych. Jeśli to rozróżnienie jest nieznane,różnica między kW a kWhwarto szybko przeczytać, zanim przejdziesz dalej. - błędy w doborze rozmiaru często zaczynają się tutaj.

Pojemność nominalna a pojemność użytkowa

Bateria o pojemności 10 kWh prawie nigdy nie zapewnia 10 kWh użytecznej energii dziennie. To, co faktycznie otrzymasz, zależy od:

• Bezpieczna głębokość rozładowania ze względu na skład chemiczny - Producenci LiFePO4 zwykle określają DoD na poziomie 80–95% do użytku na rowerze, podczas gdy zalany kwas ołowiowy-jest zwykle utrzymywany na poziomie 50%, aby zachować żywotność cyklu
• Sprawność-w obie strony- systemów litowych wynosi zazwyczaj 90–95%; ołów-kwas około 80–85%
• Temperatura - pojemności litu spada w niskich temperaturach, a ładowanie poniżej zera jest zwykle zabronione bez grzejnika. Warto to sprawdzić bardziej szczegółowo, jeśli instalujesz na zewnątrz (zakres temperatur baterii litowejobejmuje progi)
• Zużycie własne-inwertera i obciążenie BMS

Jeśli połączysz je razem, „nominalne 10 kWh” może z łatwością uzyskać 7–8 kWh rzeczywistej, użytecznej energii dziennej w systemie litowym i blisko 4 kWh w przypadku akumulatora kwasowo-ołowiowego. W tym miejscu większość niewymiarowych instalacji kończy się niepowodzeniem: ludzie dobierają rozmiar na podstawie numeru naklejki i pomijają obniżenie wartości znamionowych.

Krok 1

Zanim cokolwiek dobierzesz, zdecyduj, do czego ma służyć bateria. Realistyczne przypadki użycia wyglądają następująco:

• Niezbędna kopia zapasowa- lodówka, oświetlenie, internet, kilka gniazdek, może urządzenie medyczne
• Częściowa-kopia zapasowa w domu- kilka obwodów krytycznych podczas awarii
• Kopia zapasowa całego-domu- znacznie większy cel, często potrzebuje wsparcia generatora
• Rezydencja-wyłączona z sieci- codziennego użytku oraz przechowywanie w nocy i-złej pogodzie
• Samochód kempingowy, van, łódź- kompaktowy magazyn na ładunki mobilne

Te scenariusze mają bardzo różne rozmiary kopert i to, który z nich pasuje do Ciebie - bardziej niż jakakolwiek formuła, - decyduje o ostatecznej odpowiedzi. Jeśli nie zdecydowałeś jeszcze, czy jesteś podłączony do sieci,-połączony-z siecią, czy hybrydowy, to jest miejsce, od którego możesz zacząć (on-sieć vs off-sieć vs hybrydowe systemy fotowoltaicznezaciera różnice).

Obliczanie dziennego zużycia energii

Dla każdego ładunku:

Waty × godziny dziennie=Wh dziennie

Dwie rzeczy, które początkujący zwykle tu przegapiają:

1. Moc z tabliczki znamionowej nie jest mocą w czasie pracy.Lodówka o mocy 120 W nie pobiera 120 W w sposób ciągły, - pracuje cyklicznie. Używanie tabliczki znamionowej do ciągłego pobierania zawyża dzienne Wh o około 2–3 ×. Podłącz-miernik kWh do konkretnego urządzenia na dzień lub dwa, co jest znacznie dokładniejsze.
2. Sezonowe wahania mają znaczenie.Klimatyzacja-, ogrzewanie pomieszczeń, pompy studniowe i elektryczne podgrzewacze wody charakteryzują się dużą zmiennością od okresu letniego-do-zimy. Rozmiar na najgorszy miesiąc, na którym Ci zależy, a nie średnią roczną.

Typowa-lista ładowania niezbędnych kopii zapasowych może wyglądać następująco:

Krok 2: Zdecyduj, ile dni autonomii potrzebujesz

Autonomia to liczba dni, przez które bank powinien przewozić Twoje ładunki przy niewielkim lub zerowym dopływie energii słonecznej. Typowe cele:

• 0,5 dnia (tylko na noc)-System-powiązany z siecią, w którym w ciągu dnia większość obciążeń jest kompensowana energią słoneczną
• 1 dzień- typowe dla słonecznego klimatu i projektów skupiających się-na tworzeniu kopii zapasowych
• 2–3 dni- domy bez-sieci w obszarach z niezawodnym dostępem do energii słonecznej lub w regionach, w których występują sporadyczne zachmurzenia
• 3–5+ dni- północne szerokości geograficzne, duże obciążenia zimowe lub miejsca z długimi okresami zachmurzenia

TheKalkulator mocy PVW NRELpodaje szacunkowe dane dotyczące-produkcji energii słonecznej dla konkretnej lokalizacji z miesiąca na miesiąc, a odczytanie wydajności z najgorszego-miesięcznego miesiąca jest zwykle bardziej przydatne niż średnia roczna, gdy decydujesz, jak dużą autonomię zaprojektować.

Mamy tu do czynienia z prawdziwym kompromisem. Każdy dodatkowy dzień autonomii zwiększa koszty i wagę, a większe banki potrzebują również większych paneli słonecznych, aby je naładować w dostępnych godzinach słonecznych. Instalatorzy instalacji poza-siecią zazwyczaj łączą akumulator na 2–3 dni z generatorem, zamiast dobierać go na 5+ dni, ponieważ generator jest tańszy niż dodatkowa pojemność akumulatora, który zastępuje.

Krok 3: Zamień zapotrzebowanie na energię na pojemność baterii

Po podjęciu decyzji o codziennym użytkowaniu i autonomii, podłącz formuły:

Wymagana użyteczna pamięć=Dzienna Wh × dni autonomii

Pojemność nominalna=Wymagana pojemność użytkowa ÷ ułamek użyteczny

Ułamek użyteczny zależy od składu chemicznego i tego, jak konserwatywnie chcesz działać:

• LiFePO4:80–90% to rozsądna wartość planistyczna dla większości zastosowań mieszkaniowych; zawsze sprawdzaj kartę katalogową producenta
• AGM / uszczelniony kwas ołowiowy-:zazwyczaj planowane na około 50%
• Zalany kwas ołowiowy-:50%, z okresowym wyrównaniem

Przykład praktyczny: 3000 Wh/dzień × 1,5 dnia autonomii=4,500 Wh użytkowego. Na LiFePO4 z 85% wykorzystania, czyli nominalnie 4500 ÷ 0,85 ≈ 5300 Wh. Przy AGM na poziomie 50% ten sam cel wynosi nominalnie 9000 Wh - prawie dwukrotnie. Chemia to nie przypis; jest to mniej więcej 2-krotny mnożnik kwoty, którą musisz kupić.

Zamiana Wh na Ah

Większość akumulatorów litowych do użytku domowego jest obecnie sprzedawanych w kWh, ale amperogodziny są nadal powszechne w systemach 12 V i 24 V. Konwersja to:

Ah=Wh ÷ napięcie systemowe

• 5000 Wh przy 12 V=417 Ah
• 5000 Wh przy 24 V=208 Ah
• 5000 Wh przy 48 V=104 Ah

Jeśli jednostka Ah nie jest znana,co oznacza Ah na bateriiobejmuje definicję i jej związek z czasem wykonania.

Krok 4: 12 V vs 24 V vs 48 V - Wybierz odpowiednie napięcie systemu

Napięcie systemu to nie tylko specyfikacja -, ono określa rozmiar kabla, opcje falownika, wydajność i stopień skalowania systemu.

• 12V:Samochody kempingowe, furgonetki, małe kabiny, systemy z pojedynczym-inwerterem poniżej ~1,5 kW. Dostępne proste i tanie akcesoria DC. Powyżej ~2 kW ciągłego obciążenia okablowanie 12 V staje się niepraktycznie grube.
• 24V:Domki-średniej wielkości i małe-domy bez sieci, o mocy ciągłej do około 3–4 kW. Rozsądny środek, gdy falowniki 48 V są przesadzone, ale 12 V jest zbyt ograniczone.
• 48V:Standard dla tworzenia kopii zapasowych dla całego-domu, najnowocześniejszych falowników hybrydowych i każdego poważnego systemu-poza siecią. Niższy prąd oznacza cieńsze kable, wyższą wydajność i kompatybilność z najszerszą gamą sprzętu.

Ogólna zasada: jeśli obciążenie ciągłe przekracza 3 kW, domyślnie ustawione jest napięcie 48 V. Większość nowoczesnych hybrydowych inwerterów do użytku domowego i akumulatorów LFP-wysokonapięciowych ma napięcie znamionowe około 48 V lubakumulator o wyższym-napięciemtopologie, szczególnie dlatego, że napięcia 12 V i 24 V nie są skalowane w sposób płynny do obciążenia całego-domu.

Krok 5: Dopasuj chemię do zastosowania

Uczciwe porównanie pozbawione marketingu:

Jeśli chodzi o kalkulację kosztów w ujęciu wieloletnim-, w ciągu ostatnich pięciu lat firma LFP zwyciężyła w segmentach mieszkaniowym oraz C&I, a organizacje takie jakDepartament Energii USAudokumentowali gwałtowny spadek kosztów, który spowodował, że lit jest domyślnym rozwiązaniem w nowych instalacjach. Więcej informacji na temat porównania składów chemicznych w szczególności w zakresie przechowywania można znaleźć w artykuleróżne typy akumulatorów do magazynowania energii.

Rozmiarowanie według przypadku użycia

Są to początkowe zakresy szacunkowe, a nie wartości projektowe. - Twój klimat, obciążenia i wybór falownika spowodują przesunięcie liczb w obu kierunkach.

Czego nie da się uchwycić w prostym doborze rozmiaru

Formuła zakłada czysty świat. Prawdziwe instalacje mają krawędzie:

• Obciążenia udarowe.Silniki (pompy studniowe, sprężarki, urządzenia prądu przemiennego) mogą przy rozruchu pobierać 3–7 razy większą moc znamionową przez sekundę lub dwie. Akumulator musi dostarczać ten prąd, a falownik musi go przepuszczać. Zadziałanie zbyt małych falowników; niewymiarowe banki upadają.
• Wydajność w obie strony-w obie strony.Energia wchodząca nie jest energią wydalaną. Systemy litowe tracą około 5–10%-w obie strony; kwas ołowiowy- traci 15–20%. Jeśli potrzebujesz 3 kWh, musisz dostarczyć 3,3–3,6 kWh.
• Obniżenie temperatury.LFP traci użyteczną pojemność poniżej około 0 stopni i generalnie nie można go ładować poniżej zera bez wewnętrznego podgrzewacza. Gorące środowiska (35 stopni +) przyspieszają starzenie się kalendarza. Jeśli instalacja znajduje się w garażu, przyczepie lub szafce zewnętrznej, zmienia to margines rozmiaru.
• Okno ładowania słonecznego.Bank o mocy 15 kWh, który zimą uzyskuje tylko 3 użyteczne godziny słoneczne, potrzebuje wystarczającej mocy fotowoltaicznej i kontrolera ładowania, aby faktycznie zastąpić tę energię. Bank zbyt duży z niewymiarową siecią to bank, który powoli tonie.
• Sprzężenie AC vs DC.Architektura zmienia się tam, gdzie występują straty i jakich komponentów potrzebujesz. (Magazynowanie akumulatorowe sprzężone z prądem przemiennym- a prądem stałym-omawia to szczegółowo.)

Przydatna zasada: po trafieniu liczby za pomocą formuły dodaj 15–25% marginesu dla rzeczywistych-warunków światowych, chyba że wszystkie powyższe elementy zostały wyraźnie modelowane.

Dwa sprawdzone przykłady

Przykład 1: Niezbędne wsparcie w łagodnym klimacie

Obciążenia: 2120 Wh/dzień (z tabeli powyżej). Cel: 1 dzień autonomii podczas przestojów. Chemia: LFP na poziomie 85% użyteczności.

Wymagane użyteczne=2,120 × 1=2,120 Wh
Nominalna=2,120 ÷ 0,85 ≈ 2500 Wh
Z 20% realną-światową marżą: ~3000 Wh (3 kWh)

Przy 48 V to około 62 Ah. Większość akumulatorów LFP do użytku domowego zaczyna się od 5 kWh, więc praktycznym zakupem jest jednostka 48 V o mocy 5 kWh -, która zapewnia również miejsce na pokrycie dłuższej przerwy w dostawie lub dodanie małego obciążenia.

Przykład 2: Kabina-bez sieci

Obciążenia: 3600 Wh/dzień (oświetlenie, lodówka, laptop, pompa wodna, różne). Cel: 2 dni autonomii na typowy pochmurny odcinek. Chemia: LFP na poziomie 85%.

Wymagane użyteczne=3,600 × 2=7,200 Wh
Nominalna=7,200 ÷ 0,85 ≈ 8500 Wh
Z 20% marginesem na obniżenie parametrów znamionowych w okresie zimowym i przyszły wzrost: ~10 200 Wh

Zatem bank LFP o mocy 10 kWh 48 V jest rozsądnym celem - i w praktyce większość instalatorów-poza siecią połączyłaby go z małym generatorem na wielo-dniowe burze, a nie z generatorem na 4+ dni autonomii, ponieważ generator jest tańszy w przeliczeniu na kWh niż dodatkowe akumulatory.

Najczęstsze błędy w doborze rozmiaru

• Używanie mocy z tabliczki znamionowej zamiast zmierzonego zużycia energii w czasie pracy.Największe źródło list ładunków ponadgabarytowych.
• Dobór na podstawie pojemności nominalnej, z pominięciem DoD.Powszechne w instalacjach kwasowo-ołowiowych, gdzie kupujący oczekują, że 100 Ah będzie oznaczać 100 Ah w codziennym użytkowaniu.
• Zapominając o falowniku.Ogromny bank za falownikiem o mocy 3 kW nadal nie jest w stanie obsłużyć obciążenia o mocy 5 kW. Dopasuj je. Theodpowiednie parowanie falownika i akumulatora do użytku domowegowarto to przemyśleć przed zakupem któregokolwiek z nich.
• Brak planu ładowania energią słoneczną.Jeśli Twoje PV nie jest w stanie zastąpić codziennego pobierania w dostępnych godzinach słonecznych, autonomia trwa tylko do momentu wyczerpania się banku.
• Rozmiar dotyczy wyłącznie dzisiejszych ładunków.Ładowanie pojazdów elektrycznych, pompy ciepła i gotowanie indukcyjne to częste dodatki, które pojawiają się-po trzech latach. Zostaw nad głową.