Kako dimenzionirati banko sončnih baterij za dejanske obremenitve

Večina vodnikov za določanje velikosti vam pove formulo in se tam ustavi. Formula je lahek del. Tisto, kar ljudi zmoti pri resničnih napravah, je vse okoli njih - uporabna zmogljivost, ki se spreminja s kemijo in temperaturo, pretvornik, ki ne more doseči udarne napetosti, ki jo potrebuje črpalka za vodnjak, ali številka avtonomije, ki je bila na papirju videti v redu, dokler tri-dnevni oblačni odsek ni izpraznil banke do kosila drugega dne.

Ta vodnik se sprehodi skozi dimenzioniranje banke baterij na način, na katerega pristopi načrtovalec sistema: začnite z dejanskimi obremenitvami, uporabite osnovno formulo, nato pa se prilagodite inženirskim realnostim, ki jih učbeniška enačba izpusti. Na koncu boste imeli razpon zmogljivosti, za katerega lahko dejansko nakupujete za - in ne le za številko na tabli.

Kako velika naj bo banka sončnih baterij?

Razmerje velikosti jedra je:

Zahtevana uporabna zmogljivost (Wh)=Dnevna poraba energije (Wh) × Dnevi avtonomije

Nato delite s ciljno globino praznjenja (DoD), da dobite nazivno zmogljivost, ki jo dejansko potrebujete za nakup:

Nazivna zmogljivost (Wh)=Zahtevana uporabna zmogljivost ÷ uporabna frakcija

Če so vaše baterije ocenjene v a-urah in ne v vat-urah, pretvorite z:

Ah=Wh ÷ sistemska napetost

To vam daje ubranljivo izhodišče. Kar ga spremeni v pravo zasnovo, je upoštevanje kemije baterije, povratne-učinkovitosti, omejitev pretvornika, udarnih obremenitev, temperature in solarnega polnilnega okna. V nadaljevanju tega članka je razloženo, kako.

Opomba o formuli: nekateri vodniki pišejo "dnevna uporaba × čas varnostnega kopiranja v urah," kar deluje le, če razdelite nazaj. Uporabadni avtonomijeohranja enote dosledne in se izogne ​​najpogostejšim napakam pri določanju velikosti, ki jih vidimo na forumih DIY.

Kapaciteta baterije v primerjavi z izhodno močjo

Preden katera koli številka kaj pomeni, pomaga ločiti dve stvari, ki jih ljudje pogosto mešajo:

• Kapaciteta (Wh ali kWh)- koliko energije shrani banka. To izračunajo formule za velikost.
• Moč (W ali kW)- kako hitro se ta energija lahko dostavi v danem trenutku. To je omejeno s stopnjo C-akumulatorja in pogosteje z inverterjem.

Banka 10 kWh s 3 kW inverterjem lahko poganja prenosnik več dni, ne more pa zagnati črpalke za vodnjak s 5 konjskimi močmi. Če vam to razlikovanje ni znano,razlika med kW in kWhje vredno na hitro prebrati, preden nadaljujete - napake pri določanju velikosti se pogosto začnejo tukaj.

Nazivna zmogljivost v primerjavi z uporabno zmogljivostjo

Baterija z 10 kWh vam skoraj nikoli ne zagotovi 10 kWh dnevne uporabne energije. Kaj dejansko dobite, je odvisno od:

• Varna globina praznjenja kemije - Proizvajalci LiFePO4 običajno navajajo 80–95 % DoD za ciklično uporabo, medtem ko se prelita svinčena-kislina običajno vzdržuje na 50 %, da ohrani življenjsko dobo cikla
• Učinkovitost -povratne vožnje - litijevih sistemov je običajno 90–95 %; svinčeva-kislina okoli 80–85 %
• Temperatura - zmogljivost litija pri nizkih temperaturah pade, polnjenje pod lediščem pa je običajno prepovedano brez grelnika. To je vredno podrobneje pregledati, če nameščate na prostem (temperaturno območje litijeve baterijeprekriva pragove)
• Lastna-poraba pretvornika in režijski stroški BMS

Združite jih skupaj in "10 kWh nominalnih" zlahka postane 7–8 kWh dejanske, uporabne dnevne energije na litijevem sistemu in bližje 4 kWh na svinčevi-kislinski banki. Tu gre večina premajhnih namestitev narobe: ljudje določijo številko nalepke in preskočijo znižanje.

1. korak

Preden določite velikost, se odločite, kaj naj bi baterija počela. Realni primeri uporabe izgledajo takole:

• Bistvena varnostna kopija- hladilnik, luči, internet, nekaj vtičnic, morda medicinski pripomoček
• Delna-varnostna kopija doma- nekaj kritičnih vezij med izpadom
• Varnostno kopiranje-doma- veliko večji cilj, pogosto potrebuje podporo generatorja
• Bivališče zunaj-omrežja- dnevna uporaba ter shranjevanje ponoči in-v slabem vremenu
• Avtodom, kombi, čoln- kompaktna shramba za mobilno obremenitev

Ti scenariji imajo zelo različne ovojnice velikosti in kateri od njih velja za vas - bolj kot katera koli formula -, vpliva na končni odgovor. Če se še niste odločili, ali ste-vezani na omrežje, zunaj-omrežja ali hibrid, je to kraj za začetek (v-omrežju v primerjavi z izklopljenim-omrežjem v primerjavi s hibridnimi solarnimi sistemirazbija razlike).

Izračun dnevne porabe energije

Za vsako obremenitev:

Vati × ure na dan=Wh na dan

Dve stvari začetniki tu redno pogrešajo:

1. Moč na napisni tablici ni moč med delovanjem.Hladilnik z nazivno močjo 120 W ne porabi 120 W neprekinjeno - se spreminja. Uporaba ploščice z imenom kot neprekinjenega črpanja preceni dnevno Wh za približno 2–3×. Veliko bolj natančen-števec kWh na dejanski napravi je dan ali dva.
2. Sezonska nihanja so pomembna.Klimatske-naprave, ogrevanje prostorov, črpalke za vodnjake in električni grelniki vode imajo velike razlike-od-zime. Velikost za najslabši mesec, ki vas zanima, ne letno povprečje.

Tipičen bistven{0}}seznam nalaganja varnostne kopije bi lahko izgledal takole:

2. korak: Odločite se, koliko dni avtonomije potrebujete

Avtonomija je število dni, ko naj banka prevaža vaš tovor z malo ali brez sončnega vnosa. Tipični cilji:

• 0,5 dni (samo čez noč)- omrežni-povezan sistem z dnevno sončno energijo, ki izravnava večino obremenitev
• 1 dan- običajno za sončna podnebja in rezervne{1}}zasnove
• 2–3 dni--domovi brez omrežja na območjih z zanesljivo sončno energijo ali regijah, kjer so občasno oblačni odseki
• 3–5+ dni- severne zemljepisne širine, velike zimske obremenitve ali mesta z dolgimi oblačnimi obdobji

TheKalkulator NREL PVWattspoda-lokacijsko specifične ocene sončne proizvodnje iz meseca v mesec in branje najslabše-mesečne proizvodnje je običajno bolj uporabno kot letno povprečje, ko se odločate, koliko avtonomije načrtovati.

Tukaj je pravi kompromis-. Vsak dodaten dan avtonomije poveča stroške in težo, večje banke pa potrebujejo tudi večje sončne celice, da jih napolnijo v razpoložljivih sončnih urah. In-inštalaterji zunaj omrežja običajno združijo 2–3 dni baterije z generatorjem, namesto da bi dimenzionirali 5+ dni, ker je generator cenejši od dodatne kapacitete baterije, ki jo nadomesti.

3. korak: Pretvorite potrebe po energiji v kapaciteto baterije

Z vsakodnevno uporabo in odločitvijo o avtonomiji se vključite v formule:

Zahtevana uporabna shramba=dnevno Wh × dnevi avtonomije

Nazivna zmogljivost=Zahtevano uporabno skladiščenje ÷ uporabna frakcija

Uporabna frakcija je odvisna od kemije in tega, kako konzervativno želite delovati:

• LiFePO4:80–90 % je razumna načrtovana številka za večino stanovanjske uporabe; vedno preverite podatkovni list proizvajalca
• AGM / zaprta svinčeva-kislina:običajno načrtovano okoli 50 %
• Prelita svinčeva-kislina:50 %, s periodično izravnavo

Delujoč primer: 3000 Wh/dan × 1,5 dni avtonomije=4, 500 Wh uporabnih. Na LiFePO4 s 85-odstotno uporabnostjo je to 4500 ÷ 0,85 ≈ 5300 Wh nominalno. Pri AGM pri 50 % je isti cilj 9000 Wh nominalno - skoraj dvakrat. Kemija ni opomba; to je približno 2× množitelj glede na to, koliko morate kupiti.

Pretvorba Wh v Ah

Večina litijevih stanovanjskih baterij se zdaj prodaja v kWh, vendar so vrednosti amper-ur še vedno običajne za 12- in 24-voltne sisteme. Pretvorba je:

Ah=Wh ÷ sistemska napetost

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

Če enote Ah ne poznate,kaj Ah pomeni na baterijizajema definicijo in njeno povezavo z časom izvajanja.

4. korak: 12V proti 24V proti 48V - Izberite pravo sistemsko napetost

Sistemska napetost ni samo specifikacija -, temveč določa velikost kabla, možnosti pretvornika, učinkovitost in sposobnost prilagajanja sistema.

• 12V:Avtodomi, kombiji, majhne kabine, sistemi z enim-inverterjem pod ~1,5 kW. Na voljo preprosti, poceni dodatki za DC. Nad ~2 kW neprekinjene obremenitve postane napeljava 12 V nepraktično debela.
• 24V:Srednje-velike kabine in majhni-neomrežni domovi do približno 3–4 kW neprekinjeno. Razumna srednja pot, ko so pretvorniki 48 V pretirani, 12 V pa preveč omejen.
• 48V:Standard za varnostno kopiranje celega-doma, najbolj sodobnih hibridnih pretvornikov in vseh resnih-neomrežnih sistemov. Nižji tok pomeni tanjše kable, večjo učinkovitost in združljivost z najširšim naborom opreme.

Splošno pravilo: če vaša neprekinjena obremenitev preseže 3 kW, privzeto nastavite 48 V. Večina sodobnih hibridnih razsmernikov za stanovanjske namene in visoko{3}}napetostnih LFP baterij je zgrajenih okoli 48 V nominalne oz.baterija z višjo-napetostjotopologije, še posebej zato, ker 12V in 24V nista natančno prilagojena celotnim-domačim obremenitvam.

5. korak: Povežite kemijo z aplikacijo

Iskrena primerjava, brez trženja:

Za več-letno matematiko stroškov je LFP v zadnjih petih letih zmagal v stanovanjskih segmentih in segmentih C&I, organizacije, kot jeMinistrstvo za energijo ZDAso dokumentirali strm padec stroškov, zaradi katerega je litij postal privzeta za nove namestitve. Za globlji vpogled v primerjavo kemije posebej za shranjevanje glejterazlične vrste baterij za shranjevanje energije.

Dimenzioniranje glede na primer uporabe

To so začetni razponi za oceno, ne projektirane vrednosti - vaše podnebje, obremenitve in izbira pretvornika bodo premaknile številke v obe smeri.

Česa preprosto določanje velikosti ne zajame

Formula predpostavlja čist svet. Prave instalacije imajo robove:

• Prenapetostne obremenitve.Motorji (črpalke za vodnjake, kompresorji, enote za izmenični tok) lahko ob zagonu za sekundo ali dve potegnejo 3–7x nazivne moči. Baterija mora zagotoviti ta tok, inverter pa ga mora prenesti. Izklop premajhnih pretvornikov; premajhne banke popuščajo.
• Učinkovitost-povratnega potovanja.Energija noter ni energija out. Litijevi sistemi izgubijo približno 5–10 % povratne-potovanja; svinčeva-kislina izgubi 15–20 %. Če potrebujete 3 kWh, ste morali vložiti 3,3–3,6 kWh.
• Znižanje temperature.LFP izgubi uporabno zmogljivost pod približno 0 stopinjami in ga na splošno ni mogoče polniti pod lediščem brez notranjega grelnika. Vroče okolje (35 stopinj +) pospeši staranje koledarja. Če je namestitev v garaži, prikolici ali zunanji omari, to spremeni vašo mejo velikosti.
• Okno za sončno polnjenje.Banka s 15 kWh, ki pozimi dobi samo 3 uporabne sončne ure, potrebuje dovolj PV in zmogljivost krmilnika polnjenja, da dejansko nadomesti to energijo. Prevelik breg s premajhnim nizom je breg, ki počasi tone.
• AC proti DC sklopka.Arhitektura se spremeni, kjer pride do izgub in katere komponente potrebujete. (AC{0}}povezano vs-DC{1}}skladiščenje baterijeto podrobno pokriva.)

Uporabno pravilo: ko s formulo dosežete številko, dodajte 15–25 % rezerve za dejanske-pogoje, razen če ste izrecno oblikovali vse zgoraj navedeno.

Dva delujoča primera

Primer 1: Bistvena podpora v blagem podnebju

Obremenitve: 2.120 Wh/dan (iz zgornje tabele). Cilj: 1 dan avtonomije med izpadi. Kemija: LFP pri 85 % uporaben.

Zahtevano uporabno=2,120 × 1=2,120 Wh
Nazivna=2,120 ÷ 0,85 ≈ 2500 Wh
Z 20-odstotno maržo-v realnem svetu: ~3000 Wh (3 kWh)

Pri 48 V je to približno 62 Ah. Večina stanovanjskih baterij LFP se začne pri 5 kWh, zato je praktičen nakup 5 kWh 48 V enote -, ki vam omogoča tudi prostor za pokrivanje daljšega izpada ali dodajanje majhne obremenitve.

2. primer: Kabina brez-mreže

Obremenitve: 3.600 Wh/dan (luči, hladilnik, prenosni računalnik, vodna črpalka, ostalo). Cilj: 2 dni avtonomije za pokrivanje tipičnega oblačnega odseka. Kemija: LFP pri 85 %.

Zahtevano uporabno=3,600 × 2=7,200 Wh
Nazivna=7,200 ÷ 0,85 ≈ 8.500 Wh
Z 20-odstotno rezervo za zimsko zmanjšanje moči in prihodnjo rast: ~10.200 Wh

Torej je banka 10 kWh 48 V LFP razumen cilj - in v praksi bi večina-inštalaterjev zunaj omrežja to združila z majhnim generatorjem za več-dnevne nevihte in ne z velikostjo za 4+ dni avtonomije, ker je generator cenejši na kWh kot dodatne baterije.

Pogoste napake pri določanju velikosti

• Uporaba moči z nazivno tablico namesto izmerjene porabe med delovanjem.Največji posamezen vir prevelikih tovornih seznamov.
• Dimenzioniranje glede na nazivno zmogljivost, brez upoštevanja DoD.Običajno pri napravah s svinčeno{0}}kislino, kjer kupci pričakujejo, da 100 Ah pomeni 100 Ah dnevne uporabe.
• Pozabil na pretvornik.Ogromna banka za 3 kW pretvornikom še vedno ne more poganjati 5 kW obremenitve. Poveži jih. Thepravi inverter in povezovanje baterije za domačo uporaboje vredno razmisliti, preden kupite katerega koli.
• Ni načrta za sončno polnjenje.Če vaš PV ne more nadomestiti dnevnega črpanja v razpoložljivih sončnih urah, avtonomija traja le, dokler breg ne pade navzdol.
• Dimenzioniranje samo za današnje tovore.Polnjenje električnih vozil, toplotne črpalke in indukcijsko kuhanje so običajni tri{0}}letni dodatki. Pustite prostor za glavo.