Как да оразмерите банка от слънчеви батерии за реални товари

Повечето ръководства за оразмеряване ви казват формулата и спират дотук. Формулата е лесната част. Това, което спъва хората при реални инсталации, е всичко около него - използваем капацитет, който се променя в зависимост от химията и температурата, инвертор, който не може да достави вълната, от която се нуждае помпата за кладенец, или число за автономност, което изглеждаше добре на хартия, докато три-дневен облачен период не изпразни банката до обяд на втория ден.

Това ръководство разглежда оразмеряването на батерията по начина, по който проектантът на системата подхожда към него: започнете с реални натоварвания, приложете основната формула, след това коригирайте за инженерните реалности, които уравнението в учебника е пропуснато. До края ще имате диапазон от капацитет, за който действително можете да пазарувате за -, а не просто число на бяла дъска.

Колко голяма трябва да бъде банката за слънчеви батерии?

Връзката на размера на ядрото е:

Необходим използваем капацитет (Wh)=Ежедневно потребление на енергия (Wh) × Дни автономност

След това разделете на вашата целева дълбочина на разреждане (DoD), за да получите номиналния капацитет, който всъщност трябва да купите:

Номинален капацитет (Wh)=Необходим използваем капацитет ÷ използваема фракция

Ако батериите ви са оценени в ампер-часа, а не във ват-часа, преобразувайте с:

Ah=Wh ÷ системно напрежение

Това ви дава защитима отправна точка. Това, което го превръща в истински дизайн, е отчитането на химическия състав на батерията, ефективността-на двупосочно движение, ограниченията на инвертора, натоварванията при пренапрежение, температурата и прозореца за слънчево зареждане. Останалата част от тази статия обяснява как.

Бележка относно формулата: някои ръководства пишат „ежедневна употреба × време за архивиране в часове“, което работи само ако разделите обратно. Използванедни на автономияподдържа единиците последователни и избягва най-честата грешка в оразмеряването, която виждаме във форумите за Направи си сам.

Капацитет на батерията спрямо изходна мощност

Преди което и да е число да означава нещо, помага да се разделят две неща, които хората често обединяват:

• Капацитет (Wh или kWh)- колко енергия съхранява банката. Ето какво изчисляват формулите за оразмеряване.
• Мощност (W или kW)- колко бързо тази енергия може да бъде доставена в даден момент. Това е ограничено от C-скоростта на батерията и, по-често, от инвертора.

Банка от 10 kWh с инвертор от 3 kW може да работи с лаптоп с дни, но не може да стартира помпа за кладенец с 5 конски сили. Ако това разграничение е непознато,разлика между kW и kWhзаслужава си бързо четене, преди да продължите - грешките при оразмеряването често започват от тук.

Номинален капацитет срещу използваем капацитет

10 kWh батерия почти никога не ви дава 10 kWh дневна използваема енергия. Какво всъщност получавате зависи от:

• Безопасната дълбочина на разреждане на химията - Производителите на LiFePO4 обикновено изискват 80–95% DoD за циклична употреба, докато наводнената оловна-киселина обикновено се поддържа до 50%, за да се запази жизненият цикъл
• Ефективността-на двупосочна - литиева система обикновено е 90–95%; оловна-киселина около 80–85%
• Температура - Капацитетът на лития спада при ниски температури и зареждането при температури под нулата обикновено е забранено без нагревател. Това си струва да прегледате по-подробно, ако инсталирате на открито (температурен диапазон на литиевата батерияпокрива праговете)
• Самостоятелна-консумация на инвертора и разходи за BMS

Съберете ги заедно и „10 kWh номинални“ могат лесно да се превърнат в 7–8 kWh реална, използваема дневна енергия на литиева система и по-близо до 4 kWh на банка с оловна -киселина. Това е мястото, където повечето маломерни инсталации се объркат: хората определят размера от номера на стикера и пропускат намаляването на стойността.

Стъпка 1

Преди да оразмерите нещо, решете какво трябва да прави батерията. Реалистичните случаи на употреба изглеждат така:

• Основно архивиране- хладилник, осветление, интернет, няколко контакта, може би медицинско устройство
• Частично{0}}домашно архивиране- няколко критични вериги по време на прекъсване
• Архивиране на целия-дом- много по-голяма цел, често се нуждае от поддръжка на генератор
• Жилище извън-мрежата- ежедневна употреба плюс съхранение през нощта и-при лошо време
• RV, микробус, лодка- компактно хранилище за мобилни товари

Тези сценарии имат много различни пликове за оразмеряване и кой от тях се отнася за вас - повече от всяка формула - определя крайния отговор. Ако не сте решили дали сте в-мрежата, извън-мрежата или хибрид, това е мястото да започнете (on-grid vs off-grid vs хибридни слънчеви системиразбива различията).

Изчисляване на дневната консумация на енергия

За всяко натоварване:

Ватове × часове на ден=Wh на ден

Две неща, които начинаещите рутинно пропускат тук:

1. Мощността на табелката не е мощност по време на работа.Хладилник с номинална мощност 120 W не консумира 120 W непрекъснато - той се променя. Използването на табелката като непрекъснато теглене надценява дневния Wh с приблизително 2–3 пъти. Включен -kWh брояч на действителния уред за ден или два е много по-точен.
2. Сезонните колебания имат значение.Климат-, отоплението на помещенията, помпите за кладенци и електрическите бойлери имат огромни летни-до-зимни вариации. Размер за най-лошия месец, който ви интересува, а не средната годишна стойност.

Типичен основен{0}}списък за зареждане на резервни копия може да изглежда така:

Стъпка 2: Решете колко дни автономност имате нужда

Автономността е броят дни, през които банката трябва да носи вашите товари с малко или никакво слънчево захранване. Типични цели:

• 0,5 ден (само през нощта)- мрежа-свързана система с дневна слънчева енергия, компенсираща повечето товари
• 1 ден- обичайно за слънчев климат и резервни{1}}фокусирани дизайни
• 2–3 дни- off-мрежови домове в райони с надеждна слънчева енергия или региони, където понякога има облачни участъци
• 3–5+ дни- северни ширини, големи зимни натоварвания или места с дълги облачни периоди

TheNREL PVWatts калкулатордава прогнози-специфични за местоположението слънчева продукция месец по месец и отчитането на най-лошата-месечна продукция обикновено е по-полезно от средната годишна стойност, когато решавате за каква автономност да проектирате.

Тук има истински компромис-. Всеки допълнителен ден автономност добавя значителни разходи и тегло, а по-големите банки също се нуждаят от по-големи слънчеви масиви, за да ги презареждат в рамките на наличните слънчеви часове. Инсталаторите извън-мрежата обикновено съчетават 2–3 дни батерия с генератор, вместо да оразмеряват за 5+ дни, тъй като генераторът е по-евтин от допълнителния капацитет на батерията, който замества.

Стъпка 3: Преобразувайте енергийните нужди в капацитет на батерията

С решение за ежедневна употреба и автономност, включете се във формулите:

Изисквано използваемо хранилище=дневно Wh × дни автономност

Номинален капацитет=Необходим използваем склад ÷ използваема фракция

Използваемата фракция зависи от химията и от това колко консервативно искате да работите:

• LiFePO4:80–90% е разумна цифра за планиране за повечето жилищни нужди; винаги проверявайте листа с данни на производителя
• AGM / запечатана оловна{0}}киселина:обикновено се планира около 50%
• Наводнена оловна{0}}киселина:50%, с периодично изравняване

Работен пример: 3000 Wh/ден × 1,5 дни автономност=4, 500 Wh използваеми. При LiFePO4 с 85% използваемост, това е 4500 ÷ 0,85 ≈ 5300 Wh номинално. При AGM при 50%, същата цел е 9000 Wh номинал - почти двойно. Химията не е бележка под линия; това е приблизително 2 × множител за това колко трябва да купите.

Преобразуване на Wh в Ah

Повечето литиеви битови батерии вече се продават в kWh, но стойностите за ампер-час все още са често срещани за 12V и 24V системи. Преобразуването е:

Ah=Wh ÷ системно напрежение

• 5000 Wh при 12V=417 Ah
• 5000 Wh при 24V=208 Ah
• 5000 Wh при 48 V=104 Ah

Ако единицата Ah не е позната,какво означава Ах на батерияобхваща дефиницията и как тя се свързва с времето за изпълнение.

Стъпка 4: 12V срещу 24V срещу 48V - Изберете правилното системно напрежение

Системното напрежение не е просто спецификация -, то определя размера на кабела, опциите на инвертора, ефективността и колко добре се мащабира системата.

• 12V:Каравани, ванове, малки кабини, единични -инверторни системи под ~1,5 kW. Предлагат се прости, евтини DC аксесоари. Над ~2 kW непрекъснато натоварване, 12V окабеляване става непрактично дебело.
• 24V:Средно{0}}каюти и малки-домове извън мрежата до приблизително 3–4 kW непрекъснато. Разумно средно положение, когато 48V инверторите са излишни, но 12V е твърде ограничено.
• 48V:Стандартът за архивиране на цял-дом в жилищни сгради, повечето модерни хибридни инвертори и всяка сериозна-система извън мрежата. По-нисък ток означава по-тънки кабели, по-висока ефективност и съвместимост с най-широк набор от оборудване.

Общо правило: ако непрекъснатото ви натоварване надвишава 3 kW, по подразбиране 48V. Повечето модерни жилищни хибридни инвертори и LFP батерии с високо-напрежение са изградени около 48V номинално илиподредена батерия с по-високо-напрежениетопологии, особено защото 12V и 24V не се мащабират точно към цялото-домашно натоварване.

Стъпка 5: Свържете химията с приложението

Честното сравнение, лишено от маркетинг:

Що се отнася до математиката на разходите на много-годишна база, LFP спечели жилищните и C&I сегментите през последните пет години, а организации катоМинистерството на енергетиката на САЩса документирали резкия спад на разходите, който направи лития стандартен за нови инсталации. За по-задълбочен поглед върху това как химичните вещества се сравняват конкретно за съхранение, вижтеразлични видове батерии за съхранение на енергия.

Оразмеряване по случай на използване

Това са начални диапазони за оценка, а не проектни стойности - вашият избор на климат, натоварвания и инвертор ще измести числата и в двете посоки.

Какво простото оразмеряване не улавя

Формулата предполага чист свят. Реалните инсталации имат ръбове:

• Пренапрежение.Двигателите (помпи за кладенци, компресори, променливотокови агрегати) могат да изтеглят 3–7 пъти номиналната си мощност за секунда или две при стартиране. Батерията трябва да доставя този ток, а инверторът трябва да го пропуска. Изключване на маломерни инвертори; маломерните банки провисват.
• Ефективност-на двупосочно пътуване.Енергията навътре не е енергия навън. Литиевите системи губят приблизително 5–10% двупосочен-път; оловната-киселина губи 15–20%. Ако имате нужда от 3 kWh навън, трябва да поставите 3,3–3,6 kWh.
• Намаляване на температурата.LFP губи използваем капацитет под около 0 градуса и обикновено не може да се зарежда под точката на замръзване без вътрешен нагревател. Горещата среда (35 градуса +) ускорява стареенето на календара. Ако инсталацията е в гараж, ремарке или външен шкаф, това променя вашия марж за оразмеряване.
• Соларен прозорец за презареждане.Банка от 15 kWh, която получава само 3 използваеми слънчеви часа през зимата, се нуждае от достатъчно PV и капацитет на контролера за зареждане, за да замести тази енергия. Голяма банка с по-малък масив е банка, която бавно потъва.
• AC срещу DC свързване.Архитектурата се променя къде се случват загубите и от какви компоненти се нуждаете. (AC{0}}свързано срещу DC-свързано съхранение на батерииобхваща това подробно.)

Използваемо правило: след като постигнете число с формулата, добавете 15–25% марж за реални-условия, освен ако изрично не сте моделирали всичко по-горе.

Два работещи примера

Пример 1: Съществено резервно копие в мек климат

Натоварвания: 2120 Wh/ден (от таблицата по-горе). Цел: 1 ден автономност по време на прекъсвания. Химия: LFP на 85% използваем.

Изисква се използваем=2,120 × 1=2,120 Wh
Номинална=2,120 ÷ 0,85 ≈ 2500 Wh
С 20% реален-марж: ~3000 Wh (3 kWh)

При 48V това е около 62 Ah. Повечето битови LFP батерии започват от 5 kWh, така че практичната покупка е 5 kWh 48V модул -, който също ви дава възможност да покриете по-дълго прекъсване или да добавите малък товар.

Пример 2: Кабина извън-решетката

Натоварвания: 3600 Wh/ден (светлини, хладилник, лаптоп, водна помпа, други). Цел: 2 дни автономност за покриване на типичен облачен участък. Химия: LFP при 85%.

Необходими използваеми=3,600 × 2=7,200 Wh
Номинална=7,200 ÷ 0,85 ≈ 8500 Wh
С 20% марж за зимно намаление и бъдещ растеж: ~10 200 Wh

Така че 10 kWh 48V LFP банка е разумна цел - и на практика повечето-инсталатори извън мрежата биха го съчетали с малък генератор за много-дневни бури, вместо с размер за 4+ дни автономност, защото генераторът е по-евтин на kWh от допълнителните батерии.

Често срещани грешки при определяне на размера

• Използване на мощността на табелката вместо измерена консумация по време на работа.Единственият най-голям източник на списъци с извънгабаритни товари.
• Оразмеряване от номинален капацитет, игнориране на DoD.Често срещано при инсталации с оловна{0}}киселина, където купувачите очакват 100 Ah да означават 100 Ah ежедневна употреба.
• Забравяне на инвертора.Огромна банка зад инвертор от 3 kW все още не може да управлява натоварване от 5 kW. Сравнете ги. Theправилен инвертор и сдвояване на батерия за домашна употребаструва си да помислите преди да купите някое от двете.
• Няма план за слънчево презареждане.Ако вашият PV не може да замени дневното теглене в рамките на наличните слънчеви часове, автономността продължава само докато банката спадне.
• Оразмеряване само за днешните товари.EV зареждане, термопомпи и индукционно готвене са често срещани три{0}}годишни добавки. Оставете място за главата.