Hvordan beregner man den passende konfiguration til sit eget lille off-grid system?

Har du nogensinde overvejet at bruge dit eget solcelleanlæg i en bjerghytte, fiskerbåd eller autocamper for at slippe af med afhængigheden af det offentlige elnet?

Faktisk er dette ikke noget, som kun ingeniører kan opnå. Så længe du mestrer et par nøgletrin og formler, kan du beregne den passende konfiguration til dit eget lille off-grid solcelleanlæg.

Et off-grid solcelleanlæg er et uafhængigt system, der ikke er afhængigt af det offentlige elnet, men i stedet udelukkende er afhængigt af solcelleproduktion og batterilagring for at opfylde elbehovet. Det er ideelt til brug i fjerntliggende bjergområder, øer, landdistrikter, autocampere, fiskerbåde og andre steder med ustabil strøm fra elnettet.

Nedenfor vil vi guide dig gennem fire trin til at beregne den nødvendige konfiguration.

Trin 1: Bestem solcellemodulets effekt

Effekten af de fotovoltaiske paneler (solpaneler) bestemmer, hvor meget elektricitet dit system kan generere.

Den primære beregningsmetoden er: Bestem først det daglige elforbrug, og kombiner det derefter med lokale klimaforhold (især solskinsvarighed) for at bestemme den samlede effekt af de solcellepaneler.

Formel:

Moduleffekt = (Dagligt elforbrug × Kontinuerlig overskyet dagsoverskudsfaktor) ÷ (Lokalt gennemsnitligt solskinstimer × Systemeffektivitet)

* Dagligt elforbrug: Dette kan beregnes ved at summere den nominelle effekt for alle enheder ganget med deres brugstid.

For eksempel LED-lys 10W × 5 timer = 50Wh, køleskab 60W × 24 timer = 1440Wh.

* Faktor for kontinuerlig overskyet dag: For at tage højde for utilstrækkelig strømproduktion i løbet af sammenhængende overskyede dage, sættes denne faktor typisk mellem 1.1 og 1.3.

* Lokale gennemsnitlige daglige solskinstimer: Dette kan fås fra lokale meteorologiske data. For eksempel har Beijing et gennemsnit på cirka 4 solskinstimer om dagen, mens Hainan kan have over 5 timer.

* Systemeffektivitet: Dette tager højde for kabeltab, regulatoreffektivitet, invertertab osv. og er generelt indstillet mellem 0.75 og 0.8.

For eksempel:

Hvis man antager, at dit daglige elforbrug er 3,000 Wh, er det lokale gennemsnitlige daglige solskinstimer 4.5 timer, systemeffektiviteten er 0.78, og koefficienten for kontinuerlige regndage er 1.2:

Moduleffekt = (3,000 × 1.2) ÷ (4.5 × 0.78) ≈ 1,026 W

Det betyder, at du skal installere solcellepaneler med en samlet effekt på cirka 1 kW, f.eks. fire moduler på 250 W.

Trin 2: Bestem off-grid inverterens effekt

Inverteren omdanner jævnstrømmen (DC) fra solcellepaneler eller batterier til vekselstrøm (AC) til brug i almindelige husholdningsapparater.

Dens effekt skal være tilstrækkelig til at opfylde dit maksimale øjeblikkelige effektbehov, især i betragtning af indkoblingsstrømmen for induktive belastninger (motordrevet udstyr).

Formel:

Invertereffekt = (Total ohmsk belastningseffekt + Total induktiv belastningseffekt × 5) × Marginfaktor ÷ Effektfaktor

* Resistive belastninger: Resistive enheder såsom pærer, elkedler og ovne.

* Induktive belastninger: Udstyr med motorer eller kompressorer, såsom køleskabe, vandpumper, klimaanlæg osv. Den øjeblikkelige effekt under opstart kan være 5-7 gange den nominelle effekt.

* Sikkerhedsfaktor: Typisk sat til 1.2-1.5 for at sikre en margin.

* Effektfaktor: Typisk indstillet til 0.8–0.9.

Eksempel:

Hvis vi antager, at du har en 200 W lysarmatur (ohmsk belastning), et 100 W køleskab (induktiv belastning), en marginfaktor på 1.3 og en effektfaktor på 0.85:

Invertereffekt = (200 + 100 × 5) × 1.3 ÷ 0.85

≈ (200 + 500) × 1.3 ÷ 0.85

≈ 700 × 1.3 ÷ 0.85

≈ 1070 W

Du skal bruge en inverter med en minimumskapacitet på 1.1 kW, og det anbefales at vælge en 1.5 kW-model for større stabilitet.

Trin 3: Bestem batterikapaciteten

Batteriet er "energilageret" i det off-grid-system, og den elektricitet, der bruges om natten eller på overskyede dage, kommer primært fra det. Kapaciteten afhænger af antallet af dage, du har brug for kontinuerlig strømforsyning, og det daglige elforbrug.

Formel:

Batterikapacitet (Ah) = (Dagligt strømforbrug × Antal dage med strømforsyning på overskyede dage) ÷ (Afladningsdybde × Opladnings-/afladningseffektivitet × Batterispænding)

* Afladningsdybde (DOD): For blybatterier anbefales en DOD på 0.5-0.6; for litiumbatterier er en DOD på 0.8-0.9 acceptabel.

* Opladnings-/afladningseffektivitet: Typisk indstillet til 0.85–0.9.

* Batterispænding: Almindelige spændinger inkluderer 12V, 24V og 48V; højere spændinger anbefales til højere strømkrav.

Eksempel:

Hvis du bruger 3000 Wh dagligt og ønsker strøm til 2 dage med overskyet vejr, med et 48V lithiumbatteri (DOD=0.9, effektivitet=0.9):

Batterikapacitet = (3000 × 2) ÷ (0.9 × 0.9 × 48)

≈ 6000 ÷ 38.88

≈ 154 Ah

Du skal bruge en 48V 154Ah (ca. 7.4 kWh) batteripakke.

Trin 4: Bestem controllerens specifikationer

Den fotovoltaiske controller regulerer opladningsprocessen fra de fotovoltaiske moduler til batteriet.

Dens specifikationer afhænger primært af den maksimale indgangsstrøm, beregnet ved hjælp af følgende formel:

Formel:

Styreenhedsindgangsstrøm = Maksimal effekt af solcellemoduler ÷ Batterispænding

Hvis dine solcellepaneler for eksempel har en samlet effekt på 1000 W, og batteripakkens spænding er 48 V:

Controllerens indgangsstrøm = 1000 ÷ 48 ≈ 20.8A

Derfor skal du vælge en regulator med en indgangsstrøm på over 21A, typisk en MPPT-type (højere effektivitet, mere fordelagtig på overskyede dage).

Praktiske tips

1. Tillad en margin: Udstyrets levetid og driftsstabilitet afhænger af et passende redundansdesign; fastsæt ikke parametrene for rigide.
2. MPPT er bedre end PWM: Selvom MPPT-controllere er lidt dyrere, tilbyder de højere strømproduktionseffektivitet, især under ustabile lysforhold.
3. Prioritér litium-ion-batterier: De er kompakte, lette og kan aflades i dybden, hvilket giver langsigtede omkostningsbesparelser.
4. Planlæg fremtidig udvidelse: Hvis du forventer at tilføje flere apparater i fremtiden, skal du sørge for tilstrækkelig grænsefladekapacitet til både solcelleanlægget og batterierne.

Kernen i at designe et lille off-grid solcelleanlæg ligger i præcist at beregne konfigurationen baseret på de faktiske behov, i stedet for blot at "købe et par paneler og batterier" og afslutte dagen.

Mestre disse 4 formler:

1. Formel for effekt i fotovoltaisk modul
2. Inverter effekt formel
3. Formel for batterikapacitet
4. Formel for controllerindgangsstrøm

Du kan derefter beregne en konfiguration for et lille off-grid system, der er både tilstrækkelig og stabil.

Når du designer for første gang, kan du tilføje en ekstra margin på 10 %–20 % baseret på formelresultaterne, hvilket giver mere fleksibilitet i håndteringen af vejrforhold og udvidelse af udstyr.