Как да оразмерите банка от слънчеви батерии (формула + примери)

Коя формула за оразмеряване на слънчева батерия трябва да използвате?

Правилната начална точка зависи от това какво се очаква да прави батерията. Преди да изберете продукт, определете дали проектът е за резервно захранване при прекъсване, пълно-време извън-работа в мрежата или ежедневна слънчева собствена-консумация. За по-широко сравнение на-системно ниво прегледайтеконфигурации на-мрежа, извън-мрежа и хибридни слънчеви системи.

Формула за размера на домашната резервна батерия

Първо изчислете AC енергията, която трябва да получат защитените товари:

Необходима енергия при натоварване (kWh)=среден критичен товар (kW) × време за резервно време (часове)

След това изчислете номиналния капацитет на батерията:

Номинален капацитет на батерията (kWh)=необходима енергия при натоварване × проектен марж ÷ използваема част на батерията ÷ ефективност на доставка

Формула за оразмеряване на банка от слънчеви батерии извън-мрежата

За-система извън мрежата, която трябва да работи през нощта или периоди на слабо слънчево производство:

Номинален капацитет на батерията (kWh)=дневно проектно натоварване (kWh/ден) × дни на автономност × проектен марж ÷ използваема част на батерията ÷ ефективност на доставка

Формула за собствено-слънчево потребление

Оценете количеството дневна слънчева енергия, което може да бъде съхранено, и количеството вечерно или нощно натоварване, което може да го използва. Практическата цел-за преместване на енергия обикновено е по-малката от тези две стойности:

Целева изместена енергия=по-ниската от очаквания слънчев излишък или планираното натоварване след-залез слънце

След това коригирайте целта за използваем капацитет на батерията и приложимите загуби при преобразуване. Архитектурата на системата има значение, защотоAC{0}}свързано и DC-съхранение на батериипоставят загубите при преобразуване в различни точки на енергийния път.

Променливи и единици на банката за слънчеви батерии

Използвайте един термин за всяка физическа величина. Смесването на мощността на товара с енергията на товара е една от най-честите причини за неправилен резултат.

Мощността в kW определя колко натоварване може да поддържа системата в даден момент. Енергията в kWh определя колко дълго може да поддържа този товар. Разликата е обяснена допълнително в това ръководство заkW спрямо kWh при съхранение на енергия в батерията.

Определете какво трябва да прави батерията

Спешно архивиране на дома

Една домашна резервна система трябва да започва със защитен-списък на натоварване, а не с общата годишна или дневна консумация на електроенергия на домакинството. Идентифицирайте веригите, които трябва да останат налични, очакваната продължителност на прекъсване и уредите, които могат да работят по същото време.

Слънчевите панели не осигуряват автоматично резервно захранване по време на прекъсване на мрежата. Системата се нуждае от оборудване, проектирано да се изключва безопасно от мрежата и да образува изолирана електрическа система. Министерството на енергетиката на САЩ обяснява това експлоатационно изискване в своянасоки за слънчева енергия и устойчивост.

Пълно-изключено-мрежово захранване

Батерията извън-мрежата трябва да покрива периоди, когато слънчевото производство е под натоварването. Проектът обикновено взема предвид потреблението през нощта, сезонни слънчеви намаления, последователни облачни периоди, консумация на инвертор в режим на готовност, прекъсващи помпи, наличност на генератора и опции-за намаляване на натоварването.

Съхранението и слънчевото производство трябва да бъдат оразмерени заедно. По-голямата батерия не подобрява устойчивостта, ако слънчевият масив или генераторът не могат да заменят енергията, отстранена от тях. За допълнителен контекст вижте как aсистемата за съхранение на слънчева енергия координира генерирането, съхранението и натоварванията.

Дневна собствена{0}}слънчева консумация

Батерията-за собствено потребление съхранява излишната слънчева енергия през деня за по-късна употреба. Полезният капацитет е ограничен както от количеството слънчев излишък, наличен за зареждане, така и от количеството вечерно или нощно търсене, налично за разреждане. Няколко дни съхранение може да останат недостатъчно използвани в система, която произвежда само скромен дневен излишък.

Изчислете натоварванията, от които действително се нуждаете

Създайте таблица за натоварване, преди да изберете батерия. Използвайте измерената енергия, когато е практично, особено за оборудване, което се включва и изключва.

Тази таблица е илюстративен работен процес,-базиран на измерване, а не универсален профил на домакинство. Заменете всяка стойност с данни за проекта.

Използвайте протокол за практическо измерване

1. Измервайте включени-уреди за поне 24 до 72 часа, когато е възможно.
2. Използвайте мониторинг на инвертора или данни за интервал на полезност, за да идентифицирате 24-часовото базово натоварване и най-високото устойчиво търсене.
3. Записвайте отделно сезонните натоварвания, включително отопление, охлаждане, изсушаване и изпомпване на вода.
4. Проверете стартовия-ток на двигателя от документацията на оборудването или помолете квалифициран специалист да го измери.
5. Използвайте представителен период с високо-натоварване вместо удобен ден с ниско-потребление.

Министерството на енергетикатаМетод за оценка на системата за съхранение на батериятаподчертава стойността на измерените време{0}}серии от данни за оценка на действителната производителност на съхранение на енергия. Същият принцип подобрява предварителната оценка на натоварването: измерените профили обикновено са по-полезни от един месечен общ резултат.

Отделни критични, гъвкави и изключени товари

• Критични натоварвания:оборудване, което трябва да работи през целия проектен период.
• Гъвкави товари:оборудване, което може да работи за по-малко часове или само докато е налично слънчево производство.
• Изключени товари:оборудване, което ще остане изключено по време на прекъсване или-период на ниска енергия.

Електрическо съпротивително отопление, централен климатик, големи бойлери, електрическо готвене, сушилни за дрехи и зареждане на EV могат да доминират изискванията за съхранение. Премахването или планирането на едно високо-енергийно натоварване може да намали размера на батерията повече, отколкото елиминирането на много малки електронни устройства.

Изберете резервни часове или дни на автономност

Резервни часове за дом, свързан с мрежата-

Изберете цел въз основа на местни модели на прекъсване и услугата, която батерията трябва да осигури: кратко прекъсване, една вечер, прекъсване през нощта, един цял ден или по-дълъг спешен случай. Решете дали слънчевото зареждане ще бъде налично, докато мрежата не работи и дали системата обслужва защитен-натоварващ панел или цялата сграда.

Дни на автономност за система извън-мрежата

Автономността е периодът, за който батерията може да издържи проектния товар без достатъчно зареждане. Изберете го, като използвате сезонните слънчеви условия, очакваните облачни периоди, надеждността на генератора, наличието на гориво, опциите за-отхвърляне на товара, достъпа до обекта и последствията от изчерпване на енергията.

Отдалечен сайт без надежден резервен източник може да се нуждае от повече място за съхранение, отколкото имот с автоматичен генератор. Следователно правилният брой дни на автономност е проектно решение, а не фиксиран процент на индустрията.

Използвайте профил на интервално натоварване, когато е наличен

Два дома могат да консумират по 10 kWh на ден, но изискват различни батерии и инвертори. Човек може да използва енергия постепенно; другият може да работи с помпа, микровълнова печка и климатик едновременно. Дневните kWh могат да бъдат подобни, докато пиковите kWh и ударният ток са много различни.

Изчислете използваемия капацитет на батерията, като използвате DoD, ефективност и резерв

Използвайте използваемия капацитет на производителя

Дълбочината на разреждане описва каква част от номиналния капацитет се отстранява по време на цикъл. За предварително оразмеряване използвайте разрешения работен диапазон на производителя на батерията или заявената използваема енергия, вместо да прилагате един универсален процент.

Ако батерия от 10 kWh работи над 90% използваем обхват, тя осигурява 9 kWh използваема DC енергия на батерията, преди да се вземат предвид други загуби надолу по веригата:

10 kWh × 0.90=9 kWh

Гаранционните условия,--ограниченията на състоянието на зареждане, степента на разреждане, възрастта на батерията, температурата, настройките на фърмуера и желания живот на цикъла могат да променят практическия работен прозорец.

Използвайте правилния показател за ефективност

За времето на работа при прекъсване съответната стойност обикновено е еднопосочната-ефективност от съхранената енергия на батерията към защитените товари. Двупосочната-ефективност включва както зареждане, така и разреждане и не трябва автоматично да се замества в-изчисление за еднопосочно време на работа.

Също така проверете дали публикуваната използваема енергия на продукта е измерена от страна на DC или доставена от страната на AC. Ако производителят вече посочва използваемата AC енергия, повторното изваждане на загубите на инвертора може да удвои-една и съща загуба.

Националните лаборатории SandiaDOE/EPRI Наръчник за съхранение на електроенергияосигурява по-широк технически контекст относно производителността на хранилището, мощността, енергията, ефективността и-специфичния за приложение дизайн.

Приложете прозрачно поле на дизайна

Проектният марж може да покрие умерена несигурност, малки бъдещи натоварвания, намаляване на капацитета с течение на времето и незначителни грешки в оценките на времето на изпълнение. Посочете го изрично като множител, например 1,10 за 10% надбавка.

Маржът не трябва да прикрива лошите данни за натоварването. Първо подобрете оценката на натоварването, след което добавете съзнателен резерв.

Проверете температурата и условията на монтаж

Температурата може да повлияе на използваемия капацитет, приемането на заряда, мощността на разреждане, поведението на BMS и експлоатационния живот. Прегледайте минималната температура на зареждане, минималната температура на разреждане, кривите на намаляване на мощността, вграденото-отопляване, коефициента на заграждение, изискванията за охлаждане или вентилация и ограниченията за монтаж на закрито или на открито.

Не прилагайте един фактор за студено{0}}време за всяка литиева батерия. Химията, дизайнът на клетката, управлението на топлината и настройките на BMS се различават. Този преглед наработни температурни диапазони на литиевата батерияможе да помогне за идентифициране на данните за продукта, които трябва да бъдат проверени.

Преобразувайте kWh в Ah и изберете 12V, 24V или 48V

Енергията на батерията може да бъде посочена в киловат-часа, докато някои системи са описани в ампер-часа. Връзката е:

Енергия (Wh)=напрежение (V) × капацитет (Ah)

Следователно:

Капацитет (Ah)=енергия (kWh) × 1000 ÷ номинално системно напрежение

Тези стойности за а-часа представляват приблизително същата номинална енергия. По-високото напрежение намалява тока, необходим за доставяне на същата мощност, което може да намали размера на проводника и спада на напрежението, когато системата е проектирана правилно.

Как да изберете системно напрежение

• 12V:често срещано в малки DC системи и скромни мобилни приложения.
• 24V:често се използва в средни мобилни системи, кабини, морски системи и по-малки инверторни инсталации.
• 48V:често срещан в по-големите стационарни системи, тъй като същата мощност може да бъде доставена при по-нисък ток, отколкото при 12V или 24V.

Напрежението е архитектурно решение. Батерията, инверторът, контролерът за зареждане, защитните устройства, проводниците, комуникациите и всички товари с постоянен-ток трябва да са съвместими. По-големите системи също могат да използват специално-проектиранивисоко{0}}батерии за съхранение на енергия, които не трябва да се третират като прости разширения на 48V DIY банка.

Проверете мощността на инвертора, пренапрежението при стартиране и границите на BMS

Една батерия може да има достатъчно kWh и все още да не може да стартира или да работи с необходимото оборудване. Капацитетът определя времето за работа. Ограниченията на мощността и тока определят дали системата изобщо може да обслужва товара.

Проверете непрекъснатото захранване

Добавете товарите, които могат да работят едновременно. Постоянната променливотокова мощност на инвертора трябва да надвишава това очаквано търсене при приложимата температура и работни условия.

Изчислете тока-от страната на батерията с:

DC ток (A) ≈ AC мощност на натоварване (W) ÷ напрежение на батерията (V) ÷ ефективност на инвертора

Например, 4000 W променлив ток, захранван от 48V батерия през 92% ефективен инвертор, изисква приблизително:

4,000 ÷ 48 ÷ 0.92 ≈ 90.6 A

Батериите, BMS, шините, кабелите, предпазителите, прекъсвачите и клемите трябва да бъдат проектирани за приложимия ток.

Проверете пренапрежението при стартиране на двигателя и компресора

Помпи за кладенци, хладилници, фризери, климатици, сервизни инструменти и въздушни компресори могат да черпят значително повече енергия по време на стартиране, отколкото по време на нормална работа. Проверете:

• Пренапрежение на инвертора
• Разрешена продължителност на пренапрежението
• BMS пиков-ток на батерията и продължителност
• Падане на напрежението по време на стартиране
• Оценки на проводника и{0}}защитното устройство
• Дали няколко зареждания могат да започнат едновременно

Пиково число без продължителност не е достатъчно. Система, която може да произведе много висока мощност за част от секундата, все още може да не успее да стартира двигател, който се нуждае от повишен ток за няколко секунди.

Проверете BMS на батерията и паралелните граници

За всеки предложен модул прегледайте максималния непрекъснат разряден ток, пиковия разряден ток, разрешената пикова продължителност, максималния заряден ток, препоръчителния обхват на инвертора, максималния паралелен брой, одобреното разположение на кабелите и комуникационната съвместимост.

Паралелните модули не винаги споделят идеално тока. Дължината на кабела, съпротивлението на клемите, температурата, състоянието на зареждане и състоянието на модула могат да повлияят на споделянето на ток. Използвайте одобрена от производителя шина или окабеляване с еднаква-дължина.

Изчислете броя на модулите на батерията и възможността за презареждане

Изчислете броя на батерийните модули

След като е известен необходимият номинален капацитет:

Брой модули=необходим номинален капацитет ÷ номинален капацитет на съвместим модул

Закръглете до одобрена конфигурация на цял-модул.

Ако проектът изисква 14,2 kWh и един съвместим модул е ​​оценен на 5,12 kWh:

14.2 ÷ 5.12 = 2.77

Следователно изчисляването на капацитета изисква най-малко три модула, осигуряващи 15,36 kWh номинална енергия. Окончателният избор все още трябва да премине проверките на мощността, BMS, паралела, инвертора, напрежението, комуникациите и инсталацията.

Проверете колко бързо може да се презареди батерията

Първо преценете енергията, която трябва да се върне към батерията:

Презареждане на енергия в батерията ≈ изтеглена енергия на батерията ÷ ефективност на зареждане

След това преценете времето за зареждане в най-добрия-случай:

Време за презареждане (часове) ≈ енергия за презареждане (kWh) ÷ средна мощност на зареждане на батерията (kW)

За система със слънчево{0}}зареждане не използвайте захранване от табелата с масив, сякаш е налично непрекъснато. Проверете очакваното месечно или сезонно производство, дневните натоварвания, ограниченията на контролера за изрязване, засенчване, температура и-зареждане. TheNREL PVWatts калкулаторможе да предостави оценка-базирана на местоположението на производството на фотоволтаична енергия за тази стъпка на проверка.

За дизайн извън-мрежата, очакваното слънчево производство трябва да покрива както натоварванията през деня, така и енергията, необходима за възстановяване на батерията след разреждане. Ако батерията не може да се възстанови преди следващия слаб-слънчев период, увеличаването на съхранението само по себе си няма да реши проблема с надеждността.

Таблица с размери на банката за слънчеви батерии

Следващата диаграма използва един ден автономност, 90% използваема част от батерията, 92% ефективност на доставката и 10% марж на дизайна. Това е само пример.

Промяната на всяко предположение променя резултата. По-ниска използваема фракция, по-ниска ефективност, по-дълъг период на автономност или по-голям резерв увеличават необходимия номинален капацитет.

Примери за оразмеряване на работещи слънчеви батерии

Пример 1: Малка кабина извън -решетката

Да приемем:

• Дневно проектно натоварване: 2,8 kWh
• Автономност: 1,5 дни
• Използваема част на батерията: 90%
• Ефективност на доставката: 92%
• Дизайн марж: 10%

Необходим номинален капацитет=2.8 × 1,5 × 1,10 ÷ 0,90 ÷ 0,92 ≈ 5,58 kWh

При номинално напрежение 24V:

5,58 × 1000 ÷ 24 ≈ 233 Ah

Следващата стъпка е да изберете одобрена модулна конфигурация над 5,58 kWh и да проверите дали инверторът, ограниченията на тока на батерията и сезонният източник на зареждане могат да поддържат натоварванията на кабината.

Пример 2: Основно архивиране на дома

Да приемем, че защитените товари са средно 1,2 kW и трябва да работят осем часа.

Необходима енергия за натоварване=1.2 kW × 8 часа=9.6 kWh

Използвайки 90% използваема фракция, 92% ефективност на доставка и 10% марж:

Необходим номинален капацитет=9.6 × 1,10 ÷ 0,90 ÷ 0,92 ≈ 12,75 kWh

Този резултат се отнася до времето за изпълнение на енергията. Това не доказва, че батерията и инверторът могат да стартират най-големия двигател или да поддържат максималното едновременно натоварване.

Пример 3: От таблица с измерено натоварване до брой модули

Използвайки илюстративната таблица с измерено натоварване по-горе:

• Енергия за дневен критичн-заряд: 3,71 kWh
• Автономност: 1,5 дни
• Използваема част на батерията: 90%
• Ефективност на доставката: 92%
• Дизайн марж: 10%

Необходим номинален капацитет=3.71 × 1,5 × 1,10 ÷ 0,90 ÷ 0,92 ≈ 7,39 kWh

Ако одобреният батериен модул е ​​с мощност 5,12 kWh:

7.39 ÷ 5.12=1.44 модули

Проектът изисква поне два модула по капацитет, за 10,24 kWh номинал. Преди да приемете тази конфигурация, проверете непрекъснатия ток на двата-модула, стартовия удар, тока на зареждане, паралелното одобрение и комуникациите на инвертора.

Колко дълго ще издържи 10 kWh батерия?

Времето на работа зависи от използваемата енергия, доставена на товарите, не само от номиналната мощност. С 10 kWh номинална батерия, 90% използваема фракция и 92% ефективност на доставка:

Използваема AC енергия ≈ 10 × 0,90 × 0.92=8.28 kWh

Тези стойности предполагат постоянен среден товар и не включват допълнително намаляване на температурата, стареене, BMS резерв или-специфични ограничения за оборудването.

Оразмеряване на LiFePO4 срещу-оловно-киселинна батерия

Химическият състав на батерията влияе върху начина, по който номиналният капацитет, скоростта на разреждане, изискванията за зареждане, поддръжката и условията на инсталиране се превръщат в използваема производителност на системата. За по-широко сравнение прегледайте тезиразлични видове батерии за съхранение на енергия.

За оловно{0}}киселинни батерии използвайте кривите на разряда и номиналния-часов капацитет на производителя. Едно просто преобразуване на Ah при номинално напрежение може да надценява наличната енергия, когато разрядният ток е висок.

Често срещани грешки при определяне на размера на слънчевата батерия

• Умножение по време два пъти:ако енергията на натоварване вече е в kWh, не я умножавайте отново по резервни часове.
• Объркване на kW с kWh:съхранената енергия и доставената мощност са отделни спецификации.
• Използване на общата консумация на домакинствата за основно резервно копие:размер от защитени товари, когато дизайнът не е резервно копие на целия-дом.
• Използване на ватове на табелката като средна консумация:оборудването за колоездене често използва по-малко енергия, отколкото предполага максималното му потребление.
• Игнориране на потреблението в режим на готовност:40 W непрекъснат товар консумира 0,96 kWh на ден.
• Използване на-ефективност на отиване и връщане в-еднопосочно изчисление без проверка:съпоставете стойността на ефективността с изчислявания енергиен път.
• Пренебрегване на пренапрежението-при стартиране на двигателя:достатъчно kWh не гарантира успешно стартиране на помпата или компресора.
• Проектиране за средногодишни{0}}слънчеви условия:Над-надеждността извън мрежата обикновено се контролира от най-неблагоприятния сезон.
• Ако приемем, че батериите винаги могат да се добавят по-късно:разширяването може да бъде ограничено от възраст, състояние на зареждане, фърмуер, комуникации, ограничения на инвертора или политика на производителя.
• Пренебрегване на времето за презареждане:батерия, която не може да се възстанови преди следващия период на разреждане, не е гъвкав дизайн.

Безопасност, обхват и редакционна методология

Тази статия предоставя предварителна рамка за изчисление за сравняване на изискванията за капацитет на батерията. Това не е чертеж на електрически дизайн, ръководство за монтаж,-преглед за съответствие с кода или заместител на-специфично инженерство за продукт.

Методът на изчисление разделя мощността на натоварване, енергията на товара, номиналния капацитет, използваемия капацитет, ефективността на доставката и проектния резерв, така че всяко предположение да може да бъде проверено. Работените примери разкриват техните предположения и не трябва да се третират като универсални препоръки за продукти.

Окончателният избор на оборудване и монтажът трябва да бъдат прегледани от квалифициран специалист, запознат с приложимите местни електрически, строителни и противопожарни изисквания. В Съединените щати UL обяснява товаUL 9540 оценява системите и оборудването за съхранение на енергия като интегрирани системи, включително батерии, преобразуване на енергия, контроли, защита и комуникации.

ЧЗВ