Propozycja doboru zestawu off-grid.

1. Zapotrzebowanie na moc / energię

Ustalamy zapotrzebowanie na energię.

Podamy tu przykład doboru komponentów dla zasilania energią elektryczną domku 1-rodzinnego niepodłączonego do sieci elektrycznej.  Kalkulacje wykonane dla innych odbiorów w większości wypadków będą prostsze. Wystarczy pomnożyć moce odbiorników podane w kW x ilość godzin ich pracy = otrzymamy kWh.

Dobowe zapotrzebowanie na energię możemy ustalić na przykład:

  • w eksploatowanym budynku – przez odczytanie z rachunku za energię elektryczną ilości zużytych kWh / ilość dni.
  • dla projektowanego budynku – w uzgodnieniu z projektantem budynku i projektantem instalacji elektrycznej.
  • na podstawie rocznika statystycznego GUS + wprowadzenie odpowiednich korekt1).

Najmniej przydatny będzie Rocznik Statystyczny, ale popatrzmy..

Mały Rocznik Statystyczny 2011

TABL. 7 (67)
Liczba gospodarstw domowych: 13 337 000.
Przeciętna liczba osób w gospodarstwie domowym: 2,84

TABL. II (228)
Zużycie en.elektr. przez gospodarstwa domowe w 2009 r: 27 534 GWh.

Czyli 1 gospodarstwo domowe zużywa:
27 534GWh / 13 337 000 = 2 064kWh/gosp.dom/rok = 5,7kWh/gosp.dom/dobę.

Zużycie przez 1 osobę w ciągu doby statystycznie wynosi:
5,7kWh / 2,84 = 2,0kWh/osobę/dobę.

Zużycie energii na pewno nie będzie liniowe. Jednoosobowe gospodarstwo domowe będzie zużywało >2,0kWh/dobę, dla gospodarstwa 4-osobowego zużycie może być = 2,0kWh/dobę.

Przyjmujemy że w naszym gospodarstwie mieszkają 4 osoby.

Czyli zapotrzebowanie na energię wyniesie: 4osoby x 2,0kWh/dobę = 8kWh/dobę.

Ustalamy zapotrzebowanie na moc2).

Należy określić i zsumować moce urządzeń które będą pracowały równocześnie, praca/rozruch, np.:

 urządzenie praca [kW] rozruch [kW] 
 kuchenka elektryczna 4,2 4,3
 piła tarczowa 1,5 3,0
RAZEM: 5,7 7,3

 

2. Dobór hybrydowego kontrolera ładowania akumulatorów

Wyszukujemy kontroler  hybrydowy który połączony z turbiną wiatrową i zestawem PV zapewni 8kWh/dobę.

Szacunkowe wartości podano na wykresach w dziale Hybrydowe Kontrolery Ładowania, należy przeglądać zakładki Hybrydowe kontrolery T, H oraz dla małych mocy ou - Oświetlenie Uliczne.

Warunek 8kWh/dobę spełniają kontrolery WST 10... i WSH 10...3),4).

Warto wybrać kontroler z portem do podłączenia komputera. Dzięki temu możemy zaprogramować kilka parametrów kontrolera, a różne dane (napięcia, prądy, prędkości wiatru) naszego źródła energii będą zapisywane w plikach excela.

Kontroler w wersji boost i L pozoli na ładowanie akumulatorów przy słabych wiatrach, gdy napięcie z turbiny wiatrowej będzie poniżej napięcia baterii akumulatorów.

3. Dobór falownika i baterii akumulatorów

Dobór falownika

Im wyższe napięcie systemowe DC baterii akumulatorów tym układ ma większą sprawność.

W dziale Falowniki sposród Off-Grid 1-fazowych lub 3-fazowych5) wyszukujemy falownik który spełni warunek stałej obciążalności 5,7kVA i pozwoli na przeciążenia 7,3kVA (dla uproszczenia zakładamy że 1kW = 1kVA).

Nasz warunek spełniają falowniki 3-fazowe typu WI100 o mocy znamionowej 10kVA i przeciążalności 10 sekundowej = 150%.

Dobór baterii akumulatorów

Dla falowników WI100 mamy do wyboru napięcia akumulatorów o wartościach: 120V, 220V i 240V.

Właściwe napięcie wybieramy pod kątem dostępności turbiny wiatrowej oraz napięcia roboczego i maksymalnego modułów fotowoltaicznych. Jeżeli decydujemy się na akumulatory 240V, to turbina musi współpracować z takim zestawem.

Zalecamy stosowanie akumulatorów kwasowych. Górne napięcie ładowania akumulatora kwasowego o napięciu znamionowym 12V wynosi 14,4V6), czyli dla baterii 240V maksymalne napięcie ładowania wyniesie 288V (20 akumulatorów połączonych szeregowo x 2,4V)7).

Pojemność baterii akumulatorów nie powinna być mniejsza od zalecanej dla wybranego falownika.

Zakładamy, że nasze napięcie systemowe będzie wynosiło 240V DC. Potrzebujemy więc 20 sztuk akumulatorów 12V połączonych szeregowo, o pojemności ≥210Ah każdy.

4. Dobór turbiny wiatrowej i zestawu modułów fotowoltaicznych

Turbina wiatrowa

Ponieważ wybraliśmy kontroler WST10, powinniśmy dobrać turbinę współpracującą z tym kontrolerem, czyli o mocy znamionowej 10kW (dane techniczne kontrolera) i współpracującej z baterią akumulatorów o napięciu 240V (patrz: dobór baterii akumulatorów).

Na co należy zwrócić uwagę przed zakupem turbiny?

  • należy uzyskać zapewnienie dostawcy, że turbina współpracuje z akumulatorami o napięciu 240V, czyli potrzebne napięcie do ładowania akumulatorów wyniesie 240-288V.
  • turbina powinna być bez kontrolera ładowania (bo mamy swój kontroler WWS100A), powinna mieć wyjście 3-fazowe prądu zmiennego.
  • nie należy sugerować się że kontroler ładowania WST w wersji bost, czyli z funkcją podbijania napięcia z turbiny przy słabych wiatrach i tak podbije napięcie. Kupując turbinę musimy dobierać takie parametry jakby nasz kontroler nie miał funkcji podbijania napięcia.
  • dostawcy turbin często dosyć kreatywnie podchodzą do wydajności swoich urządzeń. Jeżeli dostawca w ofercie nie zamieszcza wykresu lub tabelki z wartością osiąganej mocy w funkcji prędkości wiatru, to oferta jest niewiarygodna.

Moduły fotowoltaiczne

Moduły łączymy szeregowo w celu zwiększenia napięcia i równolegle dla zwiększenia prądu.

Z danych technicznych kontrolera WST 10-3,5/240 wynika że zestaw modułów fotowoltaicznych powinien mieć moc 3,5kWp, a napięcie maksymalne powinno wynosić <440V8).

Musimy poszperać w danych katalogowych modułów fotowoltaicznych.

Napięcie VOC kontrolera nie powinno być wyższe od 440V, dlatego możemy zdecydować się na:

  • moduł 140Wp którego napięcie Voc=22V, wówczas 440V / 22V = 20 sztuk modułów które połączymy szeregowo. Sprawdzamy czy mieścimy się w danych katalogowych kontrolera WST 10-3,5/240.

Napięcie robocze: 20 szt x 18,3V = 366V, prąd roboczy w połączeniu szeregowym nie zmienia się i ma wartość jak dla 1szt modułu = 7,5A, czyli jest OK.

lub

  • moduł 280Wp którego napięcie Voc=43,77V, wówczas 440V / 43,77V = 10 sztuk modułów które połączymy szeregowo. Sprawdzamy czy mieścimy się w danych katalogowych kontrolera WSH 10-3,5/240.

Napięcie robocze: 10 szt x 35,3V = 353V, prąd roboczy w połączeniu szeregowym nie zmienia się i ma wartość jak dla 1szt modułu = 7,93A, czyli jest OK.

Moduł 280Wp ze względu na parametry elektryczne jest lepszym wyborem, bo jest lepiej dopasowany do parametrów kontrolera ładowania.

Dobierając moduły, należy brać pod uwagę powierzchnię jaką dysponujemy do ich zamontowania oraz wymiary modułów.

Gdy już znamy wymiary modułów i ich ilość, możemy wypełnić formularz zapytania na konstrukcję nośną dla modułów fotowoltaicznych montowanych na dachu lub wolnostojących.

 


 

1) Typowy dom 1-rodzinny którego zużycie energii określono na podstawie rocznika statystycznego GUS.

2) Istotne jest chwilowe zapotrzebowanie na moc. Niektóre urządzenia przy rozruchu (np. te z silnikami) pobierają znacznie większą moc niż przy normalnej pracy. Jeżeli mamy podłączony duże obciążenie jak przepływowy ogrzewacz wody o mocy 18kW, może być konieczne zastosowanie przełącznika priorytetowego który odłączy inne obciążenia na czas kąpieli. Jednak w budynku samowystarczalnym energetycznie do ogrzewania i ciepłej wody użytkowej zastosujemy raczej pompę ciepła.

3) Ilość energii otrzymanej z zestawu fotowoltaicznego ustalono dla obiektu zlokalizowanego w okolicach Poznania z założeniem że moduły ustawione są w kierunku południowym pod optymalnym kątem i nie zastosowano naprowadzania na słońce. W innych lokalizacjach ilość otrzymanej energii może nieznacznie się zmienić. Ilość energii uzyskanej z turbiny wiatrowej może ulec znacznym zmianom w zależności od lokalizacji i wysokości zamontowania turbiny. Do oszacowania zasobów wiatru w danej lokalizacji niezbędne są pomiary prędkości wiatru z okresu 12 kolejnych miesięcy oraz charakterystyka turbiny wiatrowej: osiągana moc w funkcji prędkości wiatru. Można posiłkować się mapką wietrzności opracowaną przez prof. Halinę Lorenc.

4) Kontrolery mogą być zmodyfikowane według potrzeb Klienta. Modyfikacja polega na fabrycznym przystosowaniu kontrolera do innych wartości mocy i napięć niż podane w specyfikacjach. Kontrolery mogą być przystosowane do współpracy z bajpasem itp.

5) Jeżeli używamy urządzeń 3-fazowych, należy dobierać falownik 3-fazowy. W przeciwnym wypadku można zastosować falownik 1-fazowy.

6) Należy sprawdzić jakie jest napięcie ładowania dla posiadanego typu akumulatorów.

7) Akumulatory łączymy szeregowo w celu uzyskania wymaganego napięcia oraz w razie konieczności dodajemy równolegle kolejne łańcuchy akumulatorów w celu zwiększenia pojemności baterii.

8) Bardzo ważne jest ustalenie jaka najniższa temperatura wystąpiła w miejscu zainstalowania modułów fotowoltaicznych. Napięcia modułów podawane przez producenta odnoszą się do temperatury +25°C. Przy spadku temperatury, napięcia wzrastają. Na podstawie współczynnika temperaturowego musimy przeliczyć jakie napięcie maksymalne VOC wystąpi na module w najniższej temperaturze jaka kiedykolwiek wysąpiła w danej lokalizacji. Nie może ono przekroczyć maksymalnego dopuszczalnego napięcia kontrolera.

 

UWAGA! Ten serwis używa cookies i podobnych technologii.

Brak zmiany ustawień przeglądarki oznacza akceptację powyższego.

Rozumiem