Hoe berekent u de juiste configuratie voor uw eigen kleine off-grid systeem?

Heeft u er ooit over nagedacht om uw eigen zonne-energiesysteem te gebruiken in een berghut, vissersboot of camper, zodat u niet langer afhankelijk bent van het openbare elektriciteitsnet?

Dit is echter niet iets wat alleen ingenieurs kunnen. Zolang u een paar belangrijke stappen en formules beheerst, kunt u de juiste configuratie voor uw eigen kleine off-grid fotovoltaïsche systeem berekenen.

Een off-grid zonnesysteem verwijst naar een onafhankelijk systeem dat niet afhankelijk is van het openbare net, maar volledig vertrouwt op fotovoltaïsche energieopwekking en batterijopslag om in de elektriciteitsbehoefte te voorzien. Het is ideaal voor gebruik in afgelegen berggebieden, op eilanden, in landelijke gebieden, op campers, vissersboten en andere locaties met een onstabiele netstroom.

Hieronder leiden we u door vier stappen om de vereiste configuratie te berekenen.

Stap 1: Bepaal het vermogen van de fotovoltaïsche module

Het vermogen van de fotovoltaïsche panelen (zonnepanelen) bepaalt hoeveel elektriciteit uw systeem kan opwekken.

De kernberekeningsaanpak is als volgt: eerst wordt de dagelijkse vraag naar elektriciteit bepaald. Vervolgens wordt dit gecombineerd met de lokale klimaatomstandigheden (met name de duur van de zonneschijn) om het totale vermogen van de zonnepanelen te bepalen.

Formule:

Modulevermogen = (Dagelijkse elektriciteitsvraag × Continue bewolkte dag overschotfactor) ÷ (Lokale gemiddelde zonuren × Systeemrendement)

* Dagelijks elektriciteitsverbruik: Dit kunt u berekenen door het nominale vermogen van alle apparaten bij elkaar op te tellen en dit te vermenigvuldigen met de gebruikstijd.

Bijvoorbeeld: LED-verlichting 10W × 5 uur = 50Wh, koelkast 60W × 24 uur = 1440Wh.

* Factor voor overschot op aanhoudende bewolkte dagen: om rekening te houden met onvoldoende stroomopwekking tijdens opeenvolgende bewolkte dagen, wordt deze factor doorgaans ingesteld tussen 1.1 en 1.3.

* Lokaal gemiddeld aantal uren zonneschijn per dag: Dit kan worden afgeleid uit lokale meteorologische gegevens. Zo heeft Beijing gemiddeld ongeveer 4 uur zonneschijn per dag, terwijl Hainan er meer dan 5 kan hebben.

* Systeemrendement: Hierbij wordt rekening gehouden met kabelverliezen, controllerrendement, omvormerverliezen, etc. en wordt doorgaans ingesteld tussen 0.75 en 0.8.

Bijvoorbeeld:

Ervan uitgaande dat uw dagelijkse elektriciteitsverbruik 3,000 Wh bedraagt, het lokale gemiddelde aantal uren zonneschijn per dag 4.5 uur bedraagt, de efficiëntie van het systeem 0.78 is en de coëfficiënt voor aanhoudende regenachtige dagen 1.2 is:

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

Dit betekent dat u zonnepanelen moet installeren met een totaal vermogen van ongeveer 1 kW, bijvoorbeeld vier modules van 250 W.

Stap 2: Bepaal het off-grid omvormervermogen

De omvormer zet de gelijkstroom (DC) van zonnepanelen of batterijen om in wisselstroom (AC) die door gewone huishoudelijke apparaten kan worden gebruikt.

Het vermogen moet voldoende zijn om te voldoen aan uw maximale, directe stroombehoefte, met name rekening houdend met de inschakelstroom van inductieve belastingen (motoraangedreven apparatuur).

Formule:

Omvormervermogen = (Totaal ohmse belastingsvermogen + Totaal inductief belastingsvermogen × 5) × Margefactor ÷ Vermogensfactor

* Ohmse belastingen: Ohmse apparaten zoals gloeilampen, waterkokers en ovens.

* Inductieve belastingen: Apparatuur met motoren of compressoren, zoals koelkasten, waterpompen, airconditioners, enz. Het momentane vermogen tijdens het opstarten kan 5–7 keer het nominale vermogen bedragen.

* Veiligheidsfactor: Meestal ingesteld op 1.2–1.5 om een marge te garanderen.

* Vermogensfactor: doorgaans ingesteld op 0.8–0.9.

Voorbeeld:

Ervan uitgaande dat u een lamp van 200 W (ohmse belasting), een koelkast van 100 W (inductieve belasting), een margefactor van 1.3 en een vermogensfactor van 0.85 hebt:

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

≈ (200 + 500) × 1.3 ÷ 0.85

≈ 700 × 1.3 ÷ 0.85

≈ 1070 W

U hebt een omvormer nodig met een minimaal vermogen van 1.1 kW, voor meer stabiliteit raden we aan om een model van 1.5 kW te kiezen.

Stap 3: Bepaal de batterijcapaciteit

De batterij is de "energieopslag" van het off-grid systeem, en de elektriciteit die 's nachts of op bewolkte dagen wordt verbruikt, komt er voornamelijk uit. De capaciteit is afhankelijk van het aantal dagen dat u continu stroom nodig hebt en het dagelijkse stroomverbruik.

Formule:

Batterijcapaciteit (Ah) = (Dagelijks elektriciteitsverbruik × Aantal dagen stroomvoorziening op bewolkte dagen) ÷ (Diepte van ontlading × Laad-/ontlaadrendement × Spanning van het batterijpakket)

* Ontladingsdiepte (DOD): Voor loodzuuraccu's wordt een DOD van 0.5–0.6 aanbevolen; voor lithium-ionaccu's is een DOD van 0.8–0.9 acceptabel.

* Laad-/ontlaadrendement: doorgaans ingesteld op 0.85–0.9.

* Spanning van de accubank: gangbare spanningen zijn 12 V, 24 V en 48 V. Voor hogere vermogensvereisten worden hogere spanningen aanbevolen.

Voorbeeld:

Ervan uitgaande dat u dagelijks 3000 Wh verbruikt en twee dagen lang stroom wilt hebben bij bewolkt weer, met een 2V-lithium-accu (DOD=48, efficiëntie=0.9):

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

≈ 6000 ÷ 38.88

≈ 154 Ah

U heeft een accupakket van 48V 154Ah (ongeveer 7.4kWh) nodig.

Stap 4: Bepaal de specificaties van de controller

De fotovoltaïsche controller regelt het laadproces van de fotovoltaïsche modules naar de batterij.

De specificaties zijn voornamelijk afhankelijk van de maximale ingangsstroom, berekend met de volgende formule:

Formule:

Ingangsstroom van de regelaar = Maximaal vermogen van de fotovoltaïsche modules ÷ Spanning van het accupakket

Als uw zonnepanelen bijvoorbeeld een totaal vermogen hebben van 1000 W en de spanning van de accu 48 V is:

Ingangsstroom van de regelaar = 1000 ÷ 48 ≈ 20.8A

Daarom moet u een regelaar selecteren met een ingangsstroom groter dan 21A, doorgaans een MPPT-type (hogere efficiëntie, voordeliger op bewolkte dagen).

Praktische tips

1. Houd rekening met een marge: de levensduur en operationele stabiliteit van de apparatuur zijn afhankelijk van een passend redundantieontwerp. Leg de parameters niet te strikt vast.
2. MPPT is beter dan PWM: MPPT-regelaars zijn weliswaar iets duurder, maar ze zijn efficiënter in het opwekken van stroom, vooral bij onstabiele lichtomstandigheden.
3. Geef prioriteit aan lithium-ionbatterijen: deze zijn compact, licht en kunnen diep worden ontladen, wat op de lange termijn kostenbesparingen oplevert.
4. Houd rekening met toekomstige uitbreidingen: als u verwacht dat u in de toekomst meer apparaten gaat toevoegen, zorg dan voor voldoende interfacecapaciteit voor zowel het fotovoltaïsche systeem als de batterijen.

De kern van het ontwerpen van een klein off-grid fotovoltaïsch systeem ligt in het nauwkeurig berekenen van de configuratie op basis van de daadwerkelijke behoeften, in plaats van simpelweg "een paar panelen en batterijen kopen" en klaar.

Leer deze 4 formules:

1. Formule voor het vermogen van een fotovoltaïsche module
2. Formule voor omvormervermogen
3. Formule voor batterijcapaciteit
4. Formule voor ingangsstroom van de regelaar

Vervolgens kunt u een configuratie voor een klein off-grid systeem berekenen die zowel voldoende als stabiel is.

Wanneer u voor het eerst een ontwerp maakt, kunt u op basis van de formuleresultaten een extra marge van 10%–20% aanhouden. Hierdoor beschikt u over meer flexibiliteit bij het omgaan met weersveranderingen en uitbreiding van de apparatuur.