Kuinka verkon ulkopuolella oleva aurinkokunta toimii? Komponentit, virtaus ja koko selitetty

Mökki sijaitsee neljä kilometriä viimeisen sähkönjakelupylvään takana, ja kantaverkkoyhtiö haluaa viisinumeroisen summan kilometriltä linjan jatkamisesta. Siinä vaiheessa oman sähkön tuottaminen ja varastointi lakkaa olemasta elämäntapavalinta ja muuttuu pelkkää aritmeettista. Joten miten verkkoon kuulumaton aurinkokunta toimii? Pohjimmiltaan se pyörittää nelivaiheista silmukkaa joka päivä: aurinkosähköpaneelit muuttavat auringonvalon tasavirraksi (DC), latausohjain tai hybridi-invertteri säätelee tätä virtaa ja ohjaa sen turvallisesti, akkupankki varastoi kaiken, mitä kotitalous ei käytä heti, ja invertteri muuntaa tallennetun tasavirran takaisin vaihtovirraksi (AC) laitteidesi odottamalla jännitteellä ja taajuudella. Koska sen takana ei ole sähköverkkoa, jokaisen vaiheen on katettava 100 % kysynnästäsi – ei ole nettomittausta, ei verkon varaa eikä toista mahdollisuutta auringonlaskun jälkeen.

Työsykli: Neljä askelta auringonvalosta pistorasiaan

Selkein tapa ymmärtää tekniikka on seurata yhtä energiayksikköä läpi tyypillisen päivän.

1. Sukupolvi. Paneelit tuottavat tasavirtaa aina, kun valo saavuttaa ne. Nykyaikainen 450 W:n yksikiteinen moduuli Keski-Euroopassa tuottaa noin 1,2–1,6 kWh kirkkaana kesäpäivänä, mutta vain 0,4–0,9 kWh joulukuussa, ja tämä kausivaihtelu ohjaa koko suunnitteluprosessia.
2. asetuksessa. Latausohjaimen MPPT-piiri pitää matriisin maksimitehopisteessään – noin 1–2 %:n sisällä teoreettisesta optimista – ja mittaa virran akkuun bulkki-, absorptio- ja kelluntavaiheen kautta, jotta kennot eivät koskaan ylilataudu.
3. Varastointi. Ylijäämäenergia täyttää akkupankin. Nykyisissä asuinrakennuksissa tämä tarkoittaa litiumrautafosfaattia (LiFePO4) 48 V:n alustalla: vähintään 90 % käyttökelpoinen purkaussyvyys, tasaiset jännitekäyrät ja yli 6 000 syklin kestoikä.
4. Muuntaminen. Invertteri ottaa tasavirtaa akusta ja tuottaa puhtaan siniaallon AC-lähdön – 230 V/50 Hz Euroopassa, 120/240 V/60 Hz Pohjois-Amerikassa – 93–97 % muunnosteholla.

Pimeän jälkeen silmukka pyörii päinvastoin: akku syöttää invertteriä ja invertteri taloa. Kun aurinko palaa, ryhmä lataa pankkia ja kantaa samanaikaisesti päiväkuormia. Pitkän pilvisen sään aikana useimmat hybridi-invertterit hyväksyvät myös varageneraattorin erillisessä AC-tulossa; yksikkö synkronoituu generaattorin kanssa ja lataa akut automaattisesti. Vaikka et koskaan ostaisi generaattoria, täsmennetään, että sisääntulo maksaa vähän suunnitteluhetkellä ja pelastaa järjestelmän pahimmalla mahdollisella hetkellä.

Komponentit, jotka tekevät todellisen työn

Järjestelmää kantaa neljä komponenttiryhmää, joista jokainen vastaa eri tekniseen kysymykseen.

Aurinkopaneelit: tuotannon katto

Paneelit asettavat ylärajan kaikelle muulle. Asuinrakennusten yksikiteiset moduulit ovat nyt noin 400 W - 620 W, ja layout-yksityiskohdat ovat tärkeämpiä kuin verkon ulkopuolella: vaalean soran päälle asennettu bifacial-moduuli voi saada ylimääräiset 5–15 % takapuolen heijastuksista, kun taas yksi varjostettu savupiippu voi tukahduttaa kokonaisen merkkijonon tehon. Ei verkkoon-järjestelmät on mitoitettu vuoden huonoimpaan kuukauteen, joten niissä on rutiininomaisesti enemmän paneeleita kuin samaa päivittäistä kulutusta palveleva verkkokatto.

Hybridii-invertteri sisäänrakennetulla MPPT-latausohjaimella

Useimmissa nykyisin asennetuissa järjestelmissä säädin ja invertteri ovat samassa hybridiyksikössä. Tyypillinen 5 kW:n yksivaiheinen malli hyväksyy 6–8 kW PV-syötön kahdelle erilliselle MPPT-seurannalle, kestää jopa noin 500–650 V DC:n avoimen piirin jännitteen ja siirtyy akkuvirtaan noin 4–10 millisekunnissa, kun aurinkoteho romahtaa – riittävän nopeasti, jotta tietokoneet pysyvät päällä eivätkä kompressorit jumiudu. Vakiintuneet tuotemerkit, kuten Deye ja Solis, julkaisevat tietolomakkeissaan siirtoajat, MPPT-määrän ja huipputehokkuuden, ja nämä kolme numeroa ansaitsevat yhtä paljon huomiota kuin hinta.

Deye SUN-5K-SG03LP1-EU 5 kW yksivaiheinen hybridi-invertteri 5 kW:n hybridiyksikkö, jossa on kaksi MPPT-seurantaa ja nopea akun siirto, ohjain-invertteriydin keskusteltiin ennen korttia. Sen julkaistu siirtoaika, MPPT-määrä ja tehokkuusluvut tekevät siitä tarkistamisen arvoisen hintasi perusteella. Näytä tuote →

Akkupankki: missä itsenäisyys todella elää

Akku päättää, kuinka kauan kestät ilman aurinkoa, ja LiFePO4 on syrjäyttänyt lyijyhapon kolmesta mitattavissa olevasta syystä: 90–100 % käyttökapasiteetti vs. noin 50 %, useita tuhansia latausjaksoja vs. 500–1 200 ja tasainen purkausjännite, joka pitää invertterit vakaana, kunnes pankki on lähes tyhjä. Vakiorakennuspalikka on 51,2 V, 100 Ah moduuli, joka varastoi noin 5,12 kWh; kapasiteetti kasvaa pinoamalla tai hyllyttämällä lisämoduuleja, ja sisäinen akunhallintajärjestelmä (BMS) tasapainottaa kennot ja katkaisee yhteyden turvallisilla rajoilla.

Deye SE-F5 Pro 5,12 kWh 51,2 V LiFePO4 -akku 51,2 V, 100 Ah LiFePO4-moduuli, joka varastoi noin 5,12 kWh 100 A jatkuvalla virralla ja BMS-suojauksella. Se vastaa tässä kuvattua rakennuspalikka-akkua ja laajenee samanaikaisesti tallennustarpeesi kasvaessa. Näytä tuote →

Myös sivuosilla on väliä. Tasavirtayhdistäjärasiat yhdistävät jouset sulaketulojen taakse, PV-kaapelin tulee olla mitoitettu niin, että jännitehäviö pysyy alle 2–3%, MC4-liittimien on vastattava järjestelmän jänniteluokitusta, ja dataloggerin avulla voit seurata lataustilaa ja päivittäistä tuottoa puhelimesta laitteen seinälle kävelemisen sijaan. Mikään näistä osista ei maksa paljon suhteessa akkuun, ja jokainen niistä on yleinen vikojen lähde, kun ne on suunniteltu pois arvosta.

Off-Grid vs Grid-Tied vs Hybrid: Mikä muuttuu ilman verkkoa

Kaikilla kolmella arkkitehtuurilla on sama fysiikka, mutta akulla ja invertterillä on hyvin erilaisia rooleja riippuen siitä, onko olemassa sähköjohtoa. Alla oleva taulukko tiivistää käytännön erot, jotka vaikuttavat sekä suunnitteluun että budjettiin.

Mitoitus: Kun verkon ulkopuoliset projektit onnistuvat tai epäonnistuvat

Verkkoon sidotut omistajat, jotka ovat alakokoisia, ostavat vain vajeen apuohjelmalta. Verkon ulkopuolella olevat omistajat saavat pimeän talon tai generaattorin käymään joka ilta. Mitoitusjärjestyksen asentajat itse asiassa seuraavat neljässä vaiheessa:

1. Tarkkaile kuormitusta. Luettele kaikki laitteet, kerro watit käyttötunteilla ja lisää valmiustilan veto. Vaatimattoman tehokkaan kodin teho on yleensä 8–12 kWh päivässä – jääkaappi 1,5 kWh, LED-valaistus 0,5, vesipumppu 0,8, pesukoneen kierto 0,8, elektroniikka ja reititin 0,4 – plus 20 prosentin marginaali unohdetuille kuormille.
2. Kokoa joukko huonoimman kuukauden mukaan. Päivittäinen kWh ÷ (huippu aurinkotunnit × 0,75 järjestelmän vähennys). 10 kWh päivässä ja 2,8 aurinkotuntia talvella, eli 10 ÷ (2,8 × 0,75) eli noin 4,8 kW paneeleita – 10-12 450 W moduulia.
3. Kokoa pankki autonomian mukaan. Päivittäinen kuormitus × itsenäisyyspäivät ÷ käyttökelpoinen tyhjennyssyvyys. 10 kWh:lle ​​ja 1,5 päivän autonomialle: 10 × 1,5 ÷ 0,9 eli noin 16,7 kWh asennettua litiumkapasiteettia.
4. Kokoa invertteri huipputarpeen, ei päivittäisen energian mukaan. Laske yhteen kaikki, mikä voisi toimia samanaikaisesti, ja tarkista sitten moottorin ylijännite – kompressorit ja pumput kuluttavat käynnistyksen yhteydessä 2–3 kertaa nimellistehoa, joten 5 kW:n kotitaloushuippu oikeuttaa yleensä 6–8 kW:n yksikön.

Jos aritmetiikka näyttää raskaalta, vaiheittainen off-grid -suunnitteluoppaamme käy läpi jokaisen laskelman oikeilla esimerkeillä. Vaihtoehtoisesti esisuunnitellut sarjat tiivistävät neljä vaihetta yhdeksi päätökseksi, koska ryhmä, invertteri ja tallennustila saapuvat vastaavilla numeroilla.

5 kW:n off-grid aurinkopaneelisarja 10 kWh:n tallennustilalla Esisuunniteltu sarja, joka yhdistää 5 kW:n ryhmän ja invertterin 10 kWh:n vastaavaan tallennustilaan, mikä kokoaa mitoitusvaiheet yhdeksi päätökseksi. Varmista vain CAN-väyläyhteys invertterin ja akkumerkkien välillä ennen tilaamista. Näytä tuote →

Esimerkiksi 5 kW:n sarja 10 kWh:n säilytystilalla sopii kahden hengen kotitalouteen, jossa on tehokkaat kodinkoneet ja kaasu- tai puulämmitys. Yksi hankintavaroitus kokemuksesta: invertteri- ja akkumerkkien sekoittaminen ilman vahvistettua CAN-väyläyhteyttä on yleisin yksittäinen näkemämme tekninen virhe. Laitteisto yleensä toimii, mutta latausparametrit ja kättelyprotokollat ​​on tarkistettava molempia tietolehtiä vastaan, ei koskaan oletettu.

Missä off-grid-aurinkoenergiassa on järkeä – ja missä ei

Tekniikka on kypsä; päätös on taloudellinen.

• Vahvat ehdokkaat: etämökit ja maatilat, joissa linjan laajennus maksaa enemmän kuin koko järjestelmä, tietoliikenne- ja sääasemat, maatalouden pumppaus ja matkailuautot tai veneet, joissa verkkoa ei yksinkertaisesti ole.
• Rajatapaukset: koteja, jotka on kytketty epäluotettaviin verkkoihin. Puhdas off-grid toimii, mutta hybridijärjestelmä, joka käy kauppaa verkon kanssa normaalisti ja saaria katkosten aikana, tarjoaa samanlaisen turvallisuuden pienemmällä akkukapasiteetilla.
• Huono istuvuus: esikaupunkitalot, joissa on vakaa, edullinen sähkö – autonomisen kokoinen akkupankki seisoo puoliksi käyttämättömänä suurimman osan vuodesta eikä koskaan maksa palkkiota takaisin.
• Kevyt käyttö: retkeilyyn, työmaille tai kodin hätälaatikkoon 700–2 000 W:n kannettava voimalaitos, joka on yhdistetty 100–200 W:n taittopaneeliin, toistaa saman generoi-säädä-säilytä-muunna-silmukan kannettavassa muodossa ilman asennusta.

Verkon ulkopuolella oleva aurinkokunta ei ole musta laatikko. Se koostuu neljästä osasta kurinalaisessa silmukassa – luo, säädä, tallenna, muunna – jokaisen marginaalin määrää huonoin viikkosi keskimääräisen päivän sijaan. Tarkkaile kuormat rehellisesti, suunnittele joulukuulle heinäkuun sijaan, varmista, että akku ja invertteri voivat puhua keskenään, ja sama silmukka käy vuosikymmeniä polttoaineella, joka saapuu ilmaiseksi joka aamu. Jos haluat mieluummin komponenttien sovittamisen puolestasi, luettelomme toimittaa paneelit, hybridi-invertterit ja LiFePO4-tallennustilan esikonfiguroituina sarjoina 3–20 kW teholuokissa, ja tiimimme kokoaa järjestelmän todellista kuormaluetteloasi vastaavan yleisen mallin sijaan.