Gerçek Yükler İçin Güneş Pil Bankası Nasıl Boyutlandırılır?

Çoğu boyutlandırma kılavuzu size formülü söyler ve orada durur. Formül işin kolay kısmı. Gerçek kurulumlarda insanları şaşırtan şey, etrafındaki her şeyin - kimyaya ve sıcaklığa göre değişen kullanılabilir kapasitesi, bir kuyu pompasının ihtiyaç duyduğu dalgalanmayı sağlayamayan bir invertör veya üç-günlük bulutlu bir hava ikinci gün öğle vaktinde bankayı boşaltana kadar kağıt üzerinde iyi görünen bir özerklik numarasıdır.

Bu kılavuz, akü bankasının boyutlandırılmasını bir sistem tasarımcısının yaklaşımına göre ele alır: gerçek yüklerle başlayın, temel formülü uygulayın, ardından ders kitabındaki denklemlerin dışarıda bıraktığı mühendislik gerçeklerine göre ayarlama yapın. Sonunda, yalnızca beyaz tahtadaki bir sayı için değil, aslında - için de alışveriş yapabileceğiniz bir kapasite aralığına sahip olacaksınız.

Güneş Pil Bankası Ne Kadar Büyük Olmalı?

Çekirdek boyutlandırma ilişkisi:

Gerekli kullanılabilir kapasite (Wh)=Günlük enerji kullanımı (Wh) × Bağımsız çalışılan gün sayısı

Daha sonra gerçekten satın almanız gereken nominal kapasiteyi elde etmek için hedef deşarj derinliğinize (DoD) bölün:

Nominal kapasite (Wh)=Gerekli kullanılabilir kapasite ÷ kullanılabilir kesir

Pilleriniz watt-saat yerine amper-saat olarak derecelendirilmişse şunu kullanarak dönüştürün:

Ah=Wh ÷ sistem voltajı

Bu size savunulabilir bir başlangıç ​​noktası sağlar. Onu gerçek bir tasarıma dönüştüren şey, pil kimyasını, gidiş-dönüş-verimliliğini, invertör limitlerini, aşırı yükleri, sıcaklığı ve güneş enerjisiyle yeniden şarj penceresini dikkate almaktır. Bu makalenin geri kalanında bunun nasıl yapılacağı açıklanmaktadır.

Formülle ilgili bir not: Bazı kılavuzlarda "günlük kullanım × saat cinsinden yedekleme süresi" yazıyor; bu yalnızca böldüğünüzde işe yarıyor. Kullanmaözerklik günleribirimleri tutarlı tutar ve DIY forumlarında gördüğümüz en yaygın boyutlandırma hatasını önler.

Pil Kapasitesi ve Güç Çıkışı

Herhangi bir sayının bir anlam ifade etmesinden önce, insanların sıklıkla karıştırdığı iki şeyi ayırmak faydalı olacaktır:

• Kapasite (Wh veya kWh)- bankanın ne kadar enerji depoladığını. Boyutlandırma formüllerinin hesapladığı şey budur.
• Güç (W veya kW)- bu enerjinin belirli bir anda ne kadar hızlı iletilebileceği. Bu, pilin C-hızıyla ve daha sık olarak invertörle sınırlıdır.

3 kW'lık invertöre sahip 10 kWh'lik bir banka, bir dizüstü bilgisayarı günlerce çalıştırabilir, ancak 5 beygir gücündeki bir kuyu pompasını çalıştıramaz. Bu ayrım yabancıysa,kW ve kWh arasındaki farkdevam etmeden önce hızlıca okumaya değer - boyutlandırma hataları genellikle burada başlar.

Nominal Kapasite ve Kullanılabilir Kapasite

10 kWh'lik bir pil size neredeyse hiçbir zaman günlük 10 kWh kullanılabilir enerji sağlamaz. Gerçekte ne elde edeceğiniz şunlara bağlıdır:

• Kimyanın güvenli deşarj derinliği - LiFePO4 üreticileri genellikle bisiklet kullanımı için %80-95 DoD belirtirken, sulu kurşun-asit döngü ömrünü korumak için genellikle %50'de tutulur
• Gidiş-dönüş-dönüş verimliliği - lityum sistemleri genellikle %90–95'tir; kurşun-asit yaklaşık %80–85
• Sıcaklık - Lityum kapasitesi düşük sıcaklıklarda düşer ve donma noktasının altında şarj etmek genellikle ısıtıcı olmadan yasaktır. Açık havada kurulum yapıyorsanız bu konuyu daha ayrıntılı olarak incelemeye değer (lityum pil sıcaklık aralığıeşikleri kapsar)
• İnvertörün öz tüketimi-ve BMS ek yükü

Bunları bir araya getirdiğinizde "10 kWh nominal", bir lityum sisteminde kolayca 7–8 kWh gerçek, kullanılabilir günlük enerji haline gelebilir ve kurşun-asit bankasında 4 kWh'ye yakın olabilir. Küçük boyutlu kurulumların çoğunun yanlış gittiği yer burasıdır: İnsanlar etiket numarasına göre boyutlandırır ve değer kaybı işlemini atlar.

1. Adım

Herhangi bir şeyi boyutlandırmadan önce pilin ne yapması gerektiğine karar verin. Gerçekçi kullanım durumları şuna benzer:

• Temel yedekleme- buzdolabı, ışıklar, internet, birkaç priz, belki tıbbi bir cihaz
• Kısmi{0}}ev yedeklemesi- kesinti sırasında birkaç kritik devre
• Tüm-ev yedeklemesi- çok daha büyük hedef, genellikle oluşturucu desteğine ihtiyaç duyar
• Şebekeden-bağımsız ikamet- günlük kullanımın yanı sıra gece ve-kötü hava koşullarında depolama
• Karavan, kamyonet, tekneMobil yükler için - kompakt depolama

Bu senaryoların zarf boyutları çok farklıdır ve hangisi sizin için geçerlidir - herhangi bir formülden daha fazla - nihai yanıtı belirler. Şebekeye-bağlı mı, şebekeden bağımsız{- mı yoksa hibrit mi olduğunuza karar vermediyseniz, başlamanız gereken yer burasıdır (şebekeye bağlı-şebeke dışı-şebeke ve hibrit güneş sistemleri karşılaştırmasıfarklılıkları ortadan kaldırır).

Günlük Enerji Kullanımının Hesaplanması

Her yük için:

Watt × saat/gün=Wh/gün

Yeni başlayanların burada rutin olarak kaçırdığı iki şey var:

1. İsim plakası watt değeri çalışma zamanı watt değeri değildir.120 W olarak derecelendirilen bir buzdolabı, sürekli olarak 120 W çekmez -, döngü yapar. İsim plakasını sürekli çizim olarak kullanmak, günlük Wh değerini kabaca 2–3 kat fazla tahmin eder. Bir veya iki gün boyunca gerçek cihaza takılı-kWh ölçüm cihazı çok daha doğrudur.
2. Mevsimsel dalgalanmalar önemlidir.Klima-, alan ısıtma, kuyu pompaları ve elektrikli su ısıtıcıları yazdan-kışa-çok büyük farklılıklar gösterir. Yıllık ortalamaya değil, önemsediğiniz en kötü aya ait boyut.

Tipik bir temel-yedek yükleme listesi şöyle görünebilir:

Adım 2: Kaç Günlük Özerkliğe İhtiyacınız Olacağına Karar Verin

Özerklik, bankanın yüklerinizi çok az veya hiç güneş enerjisi girişi olmadan taşıması gereken gün sayısıdır. Tipik hedefler:

• 0,5 gün (yalnızca gecede)Çoğu yükü dengeleyen gündüz güneş enerjisiyle - şebekeye-bağlı sistem
• 1 gün- güneşli iklimler ve yedekleme-odaklı tasarımlar için ortaktır
• 2–3 günGüvenilir güneş enerjisi bulunan veya ara sıra bulutlu bölgelerin görüldüğü bölgelerdeki - şebekeden- uzaktaki evler
• 3–5+ gün- kuzey enlemleri, yoğun kış yükleri veya uzun bulutlu dönemlerin olduğu alanlar

NREL PVWatt HesaplayıcıAy ay konuma özgü güneş enerjisi üretimi tahminlerini-verir ve ne kadar özerklik için tasarım yapacağınıza karar verirken en kötü-ay çıktısını okumak genellikle yıllık ortalamadan daha faydalıdır.

Burada gerçek bir-takas var. Her ekstra özerklik günü, önemli miktarda maliyet ve ağırlık katıyor ve daha büyük bankalar, mevcut güneş saatleri içinde onları yeniden şarj etmek için daha büyük güneş enerjisi panellerine de ihtiyaç duyuyor. Şebekeden bağımsız kurulum yapanlar-genellikle 5+ günlük boyutlandırma yerine 2-3 günlük pili bir jeneratörle eşleştirir, çünkü bir jeneratör, değiştirdiği ekstra pil kapasitesinden daha ucuzdur.

Adım 3: Enerji İhtiyaçlarını Pil Kapasitesine Dönüştürün

Günlük kullanım ve özerkliğe karar verildikten sonra aşağıdaki formülleri kullanın:

Gerekli kullanılabilir depolama alanı=Günlük Wh × gün özerklik

Nominal kapasite=Gerekli kullanılabilir depolama ÷ kullanılabilir kesir

Kullanılabilir kısım kimyaya ve ne kadar ihtiyatlı çalışmak istediğinize bağlıdır:

• LiFePO4:%80-90 çoğu konut kullanımı için makul bir planlama rakamıdır; daima üreticinin veri sayfasını doğrulayın
• AGM / kapalı kurşun-asit:genellikle %50 civarında planlanır
• Taşmış kurşun-asit:%50, periyodik dengeleme ile

Çözümlenen örnek: 3.000 Wh/gün × 1,5 günlük özerklik=4.500 Wh kullanılabilir. %85 kullanılabilir LiFePO4'te bu 4.500 ÷ 0,85 ≈ 5.300 Wh nominaldir. %50'lik AGM'de aynı hedef 9.000 Wh nominaldir - neredeyse iki katıdır. Kimya bir dipnot değildir; kabaca ne kadar satın almanız gerektiğine bağlı olarak 2 kat çarpandır.

Wh'yi Ah'ye dönüştürme

Çoğu lityum konut pili artık kWh cinsinden satılmaktadır, ancak amper-saat değerleri 12V ve 24V sistemler için hâlâ yaygındır. Dönüşüm:

Ah=Wh ÷ sistem voltajı

• 12V=417 Ah'de 5.000 Wh
• 24V=208 Ah'de 5.000 Wh
• 48V=104 Ah'de 5.000 Wh

Ah birimi tanıdık değilse,Ah pilde ne anlama geliyortanımı ve bunun çalışma zamanı ile nasıl ilişkili olduğunu kapsar.

Adım 4: 12V vs 24V vs 48V - Doğru Sistem Gerilimini Seçin

Sistem voltajı yalnızca bir özellik değildir -; kablo boyutunu, invertör seçeneklerini, verimliliği ve sistemin ne kadar iyi ölçeklenebileceğini belirler.

• 12V:Karavanlar, vanlar, küçük kabinler, ~1,5 kW'ın altındaki tek-invertör sistemleri. Basit, ucuz DC aksesuarları mevcuttur. ~2 kW'lık sürekli yükün üzerinde, 12V kablolama pratik olmayacak kadar kalın hale gelir.
• 24V:Yaklaşık 3–4 kW sürekli güce kadar orta-boyutlu kabinler ve-şebekeden bağımsız küçük evler. 48V invertörlerin aşırıya kaçtığı ancak 12V'nin çok sınırlı olduğu durumlarda makul bir orta yol.
• 48V:Konutun tamamı-evde yedekleme, çoğu modern hibrit invertör ve herhangi bir ciddi-şebekeden bağımsız sistem için standart. Daha düşük akım, daha ince kablolar, daha yüksek verimlilik ve en geniş ekipman yelpazesiyle uyumluluk anlamına gelir.

Genel bir kural: Sürekli yükünüz 3 kW'ı aşarsa varsayılan değer 48V'tur. Çoğu modern konut tipi hibrit invertör ve yüksek-voltajlı LFP pilleri, 48V nominal veyadaha yüksek-voltajlı yığınlanmış piltopolojiler özellikle 12V ve 24V'nin tüm ev yüklerine temiz bir şekilde- ölçeklenmemesi nedeniyle.

Adım 5: Kimyayı Uygulamayla Eşleştirin

Pazarlamadan arındırılmış dürüst karşılaştırma:

Çok-yıllar bazında maliyet matematiği açısından, LFP son beş yılda konut ve C&I segmentlerinde ve aşağıdaki gibi kuruluşlarda birinciliği elde etti:ABD Enerji Bakanlığılityumun yeni kurulumlar için varsayılan haline gelmesine neden olan büyük maliyet düşüşünü belgelediler. Kimyasalların özellikle depolama açısından nasıl karşılaştırıldığına daha derinlemesine bakmak için bkz.enerji depolama için farklı pil türleri.

Kullanım Durumuna Göre Boyutlandırma

Bunlar tasarım değerleri değil, tahmin için başlangıç ​​aralıklarıdır - ikliminiz, yükleriniz ve invertör seçiminiz sayıları her iki yönde de kaydıracaktır.

Basit Boyutlandırmanın Yakalayamadığı Şeyler

Formül temiz bir dünya varsayıyor. Gerçek kurulumların kenarları vardır:

• Dalgalanma yükleri.Motorlar (kuyu pompaları, kompresörler, AC üniteleri) başlangıçta bir veya iki saniye boyunca nominal güçlerinin 3 ila 7 katı kadar güç çekebilir. Pilin bu akımı sağlaması ve invertörün bunu geçmesi gerekir. Küçük boyutlu invertörler hata veriyor; cılız bankalar sarkıyor.
• Gidiş-dönüş{0} verimliliği.Giren enerji, çıkan enerji değildir. Lityum sistemleri gidiş-dönüşte kabaca %5-10 oranında kayıp-kadar; kurşun-asit %15–20 kaybeder. Eğer 3 kWh çıkışa ihtiyacınız varsa, 3,3-3,6 kWh koymanız gerekiyordu.
• Sıcaklık azalması.LFP, yaklaşık 0 derecenin altında kullanılabilir kapasitesini kaybeder ve genellikle dahili bir ısıtıcı olmadan donma noktasının altında şarj edilemez. Sıcak ortamlar (35 derece +) takvimin eskimesini hızlandırır. Kurulum bir garajda, römorkta veya dış mekan kabinindeyse, bu boyutlandırma marjınızı değiştirir.
• Solar şarj penceresi.Kışın yalnızca 3 kullanılabilir güneş saati alan 15 kWh'lik bir banka, bu enerjinin yerini alacak kadar yeterli PV'ye ve şarj kontrol cihazı kapasitesine ihtiyaç duyar. Küçük boyutlu bir diziye sahip büyük boyutlu bir banka, yavaşça batan bir bankadır.
• AC ve DC bağlantısı.Mimari, kayıpların nerede meydana geldiğini ve hangi bileşenlere ihtiyacınız olduğunu değiştirir. (AC-bağlı ve DC-bağlı pil depolamasıbunu ayrıntılı olarak ele alıyoruz.)

Kullanılabilir bir kural: Formülle bir sayıya ulaştıktan sonra, yukarıdakilerin tümünü açıkça modellemediğiniz sürece, gerçek-dünya koşulları için %15–25 marj ekleyin.

Çalışılan İki Örnek

Örnek 1: Ilıman bir iklimde temel yedekleme

Yükler: 2.120 Wh/gün (yukarıdaki tablodan). Hedef: Kesintiler sırasında 1 günlük özerklik. Kimya: %85'te LFP kullanılabilir.

Gerekli kullanılabilir=2,120 × 1=2,120 Wh
Nominal=2,120 ÷ 0,85 ≈ 2.500 Wh
%20 gerçek-dünya marjıyla: ~3.000 Wh (3 kWh)

48V'de bu yaklaşık 62 Ah'dir. Çoğu ev tipi LFP aküsü 5 kWh ile başlar, dolayısıyla pratik satın alma işlemi 5 kWh 48V ünitedir -, bu da size daha uzun bir kesintiyi karşılamanız veya küçük bir yük eklemeniz için yer sağlar.

Örnek 2: Şebekeden-bağımsız kabin

Yükler: 3.600 Wh/gün (ışıklar, buzdolabı, dizüstü bilgisayar, su pompası, vb.). Hedef: Tipik bir bulutlu bölgeyi kapsayacak şekilde 2 günlük özerklik. Kimya: LFP %85'te.

Gerekli kullanılabilir=3,600 × 2=7,200 Wh
Nominal=7,200 ÷ 0,85 ≈ 8,500 Wh
Kışın güç kaybı ve gelecekteki büyüme için %20 marjla: ~10.200 Wh

Yani 10 kWh 48V LFP bankası makul bir hedeftir - ve pratikte çoğu-şebeke dışı kurulumcu, bunu 4+ günlük özerklik boyutu yerine çok-günlük fırtınalar için küçük bir jeneratörle eşleştirir, çünkü jeneratör kWh başına ekstra pillerden daha ucuzdur.

Yaygın Boyutlandırma Hataları

• Ölçülen çalışma süresi tüketimi yerine isim plakasındaki watt miktarının kullanılması.Büyük boyutlu yük listelerinin en büyük tek kaynağı.
• DoD göz ardı edilerek nominal kapasiteye göre boyutlandırma.Alıcıların 100 Ah'nin 100 Ah günlük kullanım anlamına gelmesini beklediği kurşun{0}}asit kurulumlarında yaygındır.
• İnvertörü unutmak.3 kW'lık bir invertörün arkasındaki devasa banka hala 5 kW'lık bir yükü çalıştıramıyor. Onları eşleştirin.Ev kullanımı için doğru invertör ve pil eşleştirmesiİkisini de satın almadan önce düşünmeye değer.
• Güneş enerjisiyle şarj etme planı yok.Eğer PV'niz mevcut güneş saatleri içerisinde günlük çekimin yerini alamazsa, özerklik yalnızca banka çökene kadar sürer.
• Yalnızca günümüzün yükleri için boyutlandırma.EV şarjı, ısı pompaları ve indüksiyonlu pişirme, üç-yıllık eklemelerdir. Boşluk bırakın.