Paano makalkula ang naaangkop na pagsasaayos para sa iyong sariling maliit na off-grid system?

Naisip mo na ba ang paggamit ng sarili mong solar power system sa isang mountain cabin, fishing boat, o RV para makawala sa pag-asa sa pampublikong grid?

Sa katunayan, ito ay hindi isang bagay na magagawa lamang ng mga inhinyero. Hangga't nakakabisa ka ng ilang mahahalagang hakbang at formula, maaari mong kalkulahin ang naaangkop na pagsasaayos para sa iyong sariling maliit na off-grid na photovoltaic system.

Ang isang off-grid solar system ay tumutukoy sa isang independiyenteng sistema na hindi umaasa sa pampublikong grid, sa halip ay lubos na umaasa sa photovoltaic power generation at imbakan ng baterya upang matugunan ang mga pangangailangan sa kuryente. Ito ay mainam para sa paggamit sa mga malalayong bulubunduking lugar, isla, pastoral na rehiyon, RV, mga bangkang pangisda, at iba pang mga lokasyon na may hindi matatag na grid power.

Sa ibaba, gagabayan ka namin sa apat na hakbang para kalkulahin ang kinakailangang configuration.

Hakbang 1: Tukuyin ang kapangyarihan ng photovoltaic module

Tinutukoy ng kapangyarihan ng mga photovoltaic panel (mga solar panel) kung gaano karaming kuryente ang maaaring mabuo ng iyong system.

Ang pangunahing diskarte sa pagkalkula ay: tukuyin muna ang pang-araw-araw na pangangailangan ng kuryente, pagkatapos ay pagsamahin ito sa mga lokal na kondisyon ng klima (lalo na ang tagal ng sikat ng araw) upang matukoy ang kabuuang kapangyarihan ng mga photovoltaic panel.

Formula:

Power ng module = (Pang-araw-araw na pangangailangan ng kuryente × Patuloy na maulap na araw na labis na kadahilanan) ÷ (Lokal na average na oras ng sikat ng araw × Episyente ng system)

* Pang-araw-araw na pagkonsumo ng kuryente: Ito ay maaaring kalkulahin sa pamamagitan ng pagbubuod ng na-rate na kapangyarihan ng lahat ng mga device na na-multiply sa kanilang oras ng paggamit.

Halimbawa, ang mga LED na ilaw 10W × 5 oras = 50Wh, refrigerator 60W × 24 na oras = 1440Wh.

* Continuous cloudy day surplus factor: Upang maisaalang-alang ang hindi sapat na pagbuo ng kuryente sa magkakasunod na maulap na araw, ang salik na ito ay karaniwang nakatakda sa pagitan ng 1.1 at 1.3.

* Lokal na average na araw-araw na oras ng sikat ng araw: Ito ay maaaring makuha mula sa lokal na meteorolohiko data. Halimbawa, ang Beijing ay may average na humigit-kumulang 4 na oras ng sikat ng araw bawat araw, habang ang Hainan ay maaaring magkaroon ng higit sa 5 oras.

* Episyente ng system: Isinasaalang-alang nito ang pagkawala ng cable, kahusayan ng controller, pagkalugi ng inverter, atbp., at karaniwang nakatakda sa pagitan ng 0.75 at 0.8.

Halimbawa:

Ipagpalagay na ang iyong pang-araw-araw na konsumo ng kuryente ay 3,000 Wh, ang lokal na average na araw-araw na oras ng sikat ng araw ay 4.5 na oras, ang kahusayan ng system ay 0.78, at ang patuloy na tag-ulan na koepisyent ay 1.2:

Power ng module = (3,000 × 1.2) ÷ (4.5 × 0.78) ≈ 1,026 W

Nangangahulugan ito na kailangan mong mag-install ng mga photovoltaic panel na may kabuuang lakas na humigit-kumulang 1 kW, tulad ng apat na 250 W na module.

Hakbang 2: Tukuyin ang off-grid inverter power

Kino-convert ng inverter ang direktang kasalukuyang (DC) mula sa mga photovoltaic panel o baterya sa alternating current (AC) para magamit ng mga ordinaryong kasangkapan sa bahay.

Ang lakas nito ay dapat sapat upang matugunan ang iyong pinakamataas na agarang pangangailangan ng kuryente, lalo na kung isasaalang-alang ang inrush current ng mga inductive load (motor-driven na kagamitan).

Formula:

Inverter power = (Kabuuang resistive load power + Total inductive load power × 5) × Margin factor ÷ Power factor

* Mga resistive load: Mga resistive na device gaya ng mga bombilya, electric kettle, at oven.

* Mga inductive load: Kagamitang may mga motor o compressor, tulad ng mga refrigerator, water pump, air conditioner, atbp. Ang agarang kapangyarihan sa panahon ng startup ay maaaring 5–7 beses ang rate ng lakas.

* Safety factor: Karaniwang nakatakda sa 1.2–1.5 para matiyak ang margin.

* Power factor: Karaniwang nakatakda sa 0.8–0.9.

Halimbawa:

Ipagpalagay na mayroon kang 200W light fixture (resistive load), isang 100W refrigerator (inductive load), isang margin factor na 1.3, at isang power factor na 0.85:

Lakas ng inverter = (200 + 100 × 5) × 1.3 ÷ 0.85

≈ (200 + 500) × 1.3 ÷ 0.85

≈ 700 × 1.3 ÷ 0.85

≈ 1070 W

Kakailanganin mo ang isang inverter na may pinakamababang kapasidad na 1.1 kW, at inirerekomenda na pumili ng isang 1.5 kW na modelo para sa higit na katatagan.

Hakbang 3: Tukuyin ang kapasidad ng baterya

Ang baterya ay ang "power storage" ng off-grid system, at ang kuryenteng ginagamit sa gabi o sa maulap na araw ay pangunahing nagmumula dito. Ang kapasidad ay depende sa bilang ng mga araw na kailangan mo ng tuluy-tuloy na supply ng kuryente at ang pang-araw-araw na pagkonsumo ng kuryente.

Formula:

Kapasidad ng baterya (Ah) = (Pang-araw-araw na pagkonsumo ng kuryente × Bilang ng mga araw ng supply ng kuryente sa maulap na araw) ÷ (Lalim ng discharge × Episyente sa pag-charge/discharge × Boltahe ng pack ng baterya)

* Depth of Discharge (DOD): Para sa mga lead-acid na baterya, inirerekomenda ang DOD na 0.5–0.6; para sa mga baterya ng lithium, ang isang DOD na 0.8–0.9 ay katanggap-tanggap.

* Charge/Discharge Efficiency: Karaniwang nakatakda sa 0.85–0.9.

* Boltahe ng Bangko ng Baterya: Kasama sa mga karaniwang boltahe ang 12V, 24V, at 48V; ang mas mataas na boltahe ay inirerekomenda para sa mas mataas na pangangailangan ng kuryente.

Halimbawa:

Ipagpalagay na gumagamit ka ng 3000Wh araw-araw at nais na magkaroon ng kapangyarihan para sa 2 araw ng maulap na panahon, gamit ang isang 48V lithium na baterya (DOD=0.9, kahusayan=0.9):

Kapasidad ng baterya = (3000 × 2) ÷ (0.9 × 0.9 × 48)

≈ 6000 ÷ 38.88

≈ 154 Ah

Kakailanganin mo ng 48V 154Ah (humigit-kumulang 7.4kWh) na baterya pack.

Hakbang 4: Tukuyin ang mga detalye ng controller

Kinokontrol ng photovoltaic controller ang proseso ng pagsingil mula sa mga photovoltaic modules hanggang sa baterya.

Pangunahing nakadepende ang mga pagtutukoy nito sa pinakamataas na kasalukuyang input, na kinakalkula gamit ang sumusunod na formula:

Formula:

Kasalukuyang input ng controller = Pinakamataas na kapangyarihan ng mga photovoltaic module ÷ Boltahe ng baterya

Halimbawa, kung ang iyong mga photovoltaic panel ay may kabuuang kapangyarihan na 1000W at ang boltahe ng battery pack ay 48V:

Kasalukuyang input ng controller = 1000 ÷ 48 ≈ 20.8A

Samakatuwid, kailangan mong pumili ng controller na may kasalukuyang input na mas malaki kaysa sa 21A, karaniwang isang uri ng MPPT (mas mataas na kahusayan, mas kapaki-pakinabang sa maulap na araw).

Mga Praktikal na Tip

1. Pahintulutan ang margin: Ang habang-buhay at katatagan ng pagpapatakbo ng kagamitan ay nakasalalay sa naaangkop na disenyo ng redundancy; huwag ayusin ang mga parameter nang masyadong mahigpit.
2. Ang MPPT ay mas mataas kaysa sa PWM: Bagama't ang mga MPPT controller ay bahagyang mas mahal, nag-aalok sila ng mas mataas na kahusayan sa pagbuo ng kuryente, lalo na sa ilalim ng hindi matatag na mga kondisyon ng pag-iilaw.
3. Unahin ang mga baterya ng lithium-ion: Ang mga ito ay compact, magaan, at may kakayahang malalim na discharge, na nag-aalok ng pangmatagalang pagtitipid sa gastos.
4. Magplano para sa pagpapalawak sa hinaharap: Kung inaasahan mong magdagdag ng higit pang mga appliances sa hinaharap, tiyaking sapat ang kapasidad ng interface para sa parehong photovoltaic system at mga baterya.

Ang ubod ng pagdidisenyo ng isang maliit na off-grid na photovoltaic system ay nakasalalay sa tumpak na pagkalkula ng pagsasaayos batay sa mga aktwal na pangangailangan, sa halip na "pagbili ng ilang mga panel at baterya" at tawagan ito sa isang araw.

Master itong 4 na formula:

1. Power formula ng photovoltaic module
2. Formula ng kapangyarihan ng inverter
3. Formula ng kapasidad ng baterya
4. Kasalukuyang formula ng input ng controller

Pagkatapos ay maaari mong kalkulahin ang isang configuration para sa isang maliit na off-grid system na parehong sapat at stable.

Kapag nagdidisenyo sa unang pagkakataon, maaari kang magdagdag ng dagdag na 10%–20% na margin batay sa mga resulta ng formula, na nagbibigay-daan para sa higit na kakayahang umangkop sa paghawak ng mga pagbabago sa panahon at pagpapalawak ng kagamitan.