Ako nastaviť veľkosť solárnej batérie (vzorec + príklady)

Aký vzorec na dimenzovanie solárnej batérie by ste mali použiť?

Správny počiatočný bod závisí od toho, čo sa od batérie očakáva. Pred výberom produktu zistite, či je projekt určený na zálohovanie pri výpadku, prevádzku siete-na plný úväzok-alebo dennú vlastnú spotrebu solárnej energie-. Ak chcete získať širšie porovnanie{5}}úrovne systému, pozrite sikonfigurácie on{0}}grid, off{1}}grid a hybridný solárny systém.

Vzorec pre veľkosť domácej záložnej batérie

Najprv vypočítajte striedavú energiu, ktorú musia dostať chránené záťaže:

Požadovaná energia záťaže (kWh)=priemerná kritická záťaž (kW) × doba zálohovania (hodiny)

Potom vypočítajte nominálnu kapacitu batérie:

Nominálna kapacita batérie (kWh)=požadovaná energia pri zaťažení × konštrukčná rezerva ÷ využiteľný podiel batérie ÷ účinnosť dodávky

Vzorec pre Off-veľkosť banky solárnych batérií

Pre vypnutý{0}}sieťový systém, ktorý musí fungovať počas nocí alebo období slabej solárnej produkcie:

Nominálna kapacita batérie (kWh)=denné projektované zaťaženie (kWh/deň) × počet dní autonómie × návrhová rezerva ÷ využiteľný zlomok batérie ÷ efektívnosť dodávky

Vzorec pre slnečnú vlastnú-spotrebu

Odhadnite množstvo dennej slnečnej energie, ktorú možno uložiť, a množstvo večernej alebo nočnej záťaže, ktorá ju môže využiť. Praktický cieľ-posunu energie je zvyčajne menšia z týchto dvoch hodnôt:

Zacieliť na energiu posunutú o=nižšiu z očakávaných solárnych prebytkov alebo plánovanú po-záťaži po západe slnka

Potom upravte cieľ pre využiteľnú kapacitu batérie a príslušné straty pri konverzii. Architektúra systému je dôležitá, pretožeÚložný priestor batérie so striedavým -a jednosmerným prúdom-umiestnite straty konverzie do rôznych bodov energetickej dráhy.

Premenné a jednotky vzorca banky solárnych batérií

Pre každú fyzikálnu veličinu použite jeden výraz. Miešanie výkonu záťaže s energiou záťaže je jednou z najčastejších príčin nesprávneho výsledku.

Výkon v kW určuje, akú veľkú záťaž systém v jednom momente znesie. Energia v kWh určuje, ako dlho dokáže uniesť túto záťaž. Tento rozdiel je ďalej vysvetlený v tejto príručkekW oproti kWh pri ukladaní energie z batérie.

Definujte, čo musí batéria robiť

Núdzové domáce zálohovanie

Domáce zálohovací systém by mal začínať zoznamom chránených{0}}zaťažení, nie celkovou ročnou alebo dennou spotrebou elektriny domácnosti. Identifikujte okruhy, ktoré musia zostať dostupné, predpokladané trvanie výpadku a spotrebiče, ktoré môžu bežať súčasne.

Solárne panely neposkytujú automaticky záložnú energiu počas výpadku siete. Systém potrebuje zariadenie navrhnuté tak, aby sa bezpečne odpojilo od siete a vytvorilo ostrovný elektrický systém. Americké ministerstvo energetiky vysvetľuje túto prevádzkovú požiadavku vo svojomsolárne a odolné vedenie.

Úplné-vypnutie-siete

Vypnutá-batéria musí pokryť obdobia, keď je solárna energia nižšia ako záťaž. Konštrukcia zvyčajne zohľadňuje nočný dopyt, sezónne zníženia solárnej energie, po sebe idúce obdobia zamračenia, spotrebu v pohotovostnom režime invertora, prerušované čerpadlá, dostupnosť generátora a možnosti znižovania-záťaže.

Zásobník a solárna výroba musia byť dimenzované spoločne. Väčšia batéria nezlepší odolnosť, ak solárne pole alebo generátor nedokáže nahradiť energiu z neho odobranú. Pre ďalší kontext si pozrite, ako aSystém skladovania solárnej energie koordinuje výrobu, skladovanie a zaťaženie.

Denná slnečná-spotreba

Batéria-s vlastnou spotrebou ukladá prebytočnú dennú slnečnú energiu na neskoršie použitie. Užitočná kapacita je obmedzená množstvom solárneho prebytku dostupného na nabíjanie a množstvom večerného alebo nočného dopytu dostupného na vybitie. Niekoľko dní skladovania môže zostať nedostatočne využitých v systéme, ktorý produkuje len mierny denný prebytok.

Vypočítajte si záťaž, ktorú skutočne potrebujete

Pred výberom batérie vytvorte tabuľku zaťaženia. Použite nameranú energiu vždy, keď je to praktické, najmä pre zariadenia, ktoré sa zapínajú a vypínajú.

Táto tabuľka je ilustratívny pracovný postup{0}}založený na meraní, nie univerzálny profil domácnosti. Nahraďte každú hodnotu údajmi projektu.

Použite praktický protokol merania

1. Ak je to možné, merajte{0}}zapojené spotrebiče aspoň na 24 až 72 hodín.
2. Na identifikáciu 24-hodinového základného zaťaženia a najvyššieho trvalého dopytu použite údaje z monitorovania meniča alebo údajov o intervaloch siete.
3. Oddelene zaznamenávajte sezónne zaťaženie vrátane vykurovania, chladenia, odvlhčovania a čerpania vody.
4. Skontrolujte štartovací prúd motora-v dokumentácii k zariadeniu alebo ho nechajte zmerať kvalifikovaným odborníkom.
5. Použite reprezentatívne obdobie vysokého{0}}vyťaženia namiesto vhodného dňa s nízkou{1}}spotrebou.

DOE'sMetóda hodnotenia systému skladovania energie batériezdôrazňuje hodnotu meraných časových-sérií údajov na vyhodnotenie skutočného výkonu skladovania energie. Rovnaký princíp zlepšuje predbežný odhad zaťaženia: merané profily sú zvyčajne užitočnejšie ako jeden mesačný úhrn.

Samostatné kritické, flexibilné a vylúčené záťaže

• Kritické zaťaženia:zariadenia, ktoré musia fungovať počas celého projektovaného obdobia.
• Flexibilné zaťaženie:zariadenia, ktoré môžu bežať menej hodín alebo len pokiaľ je k dispozícii solárna energia.
• Vylúčené náklady:zariadenia, ktoré zostanú vypnuté počas výpadku-alebo nízkej spotreby energie.

Elektrické odporové kúrenie, centrálna klimatizácia, veľké ohrievače vody, elektrické varenie, sušičky bielizne a nabíjanie EV môžu dominovať požiadavkám na skladovanie. Odstránenie alebo naplánovanie jednej vysokej-energetickej záťaže môže znížiť veľkosť batérie viac ako odstránenie mnohých malých elektronických zariadení.

Vyberte možnosť Záložné hodiny alebo Dni autonómie

Záložné hodiny pre pripojenú domácnosť-grid

Vyberte si cieľ na základe miestnych vzorcov výpadkov a služby, ktorú musí batéria poskytnúť: krátke prerušenie, jeden večer, výpadok cez noc, jeden celý deň alebo dlhší núdzový stav. Rozhodnite sa, či bude k dispozícii solárne nabíjanie, keď bude sieť vypnutá, a či bude systém slúžiť pre chránený panel záťaže{1}} alebo pre celú budovu.

Dni autonómie pre systém mimo{0}}mriežky

Autonómia je doba, počas ktorej môže batéria slúžiť projektovanej záťaži bez dostatočného nabitia. Vyberte si ho na základe sezónnych slnečných podmienok, očakávaných zamračených období, spoľahlivosti generátora, dostupnosti paliva, možností zníženia záťaže-, prístupu na lokalitu a dôsledkov nedostatku energie.

Vzdialená lokalita bez spoľahlivého záložného zdroja môže potrebovať viac úložného priestoru ako nehnuteľnosť s automatickým generátorom. Správny počet dní autonómie je teda rozhodnutím o projekte, nie pevným percentom odvetvia.

Použite profil intervalového zaťaženia, ak je k dispozícii

Dva domy môžu každý spotrebovať 10 kWh za deň, ale vyžadujú rôzne batérie a invertory. Energiu možno využívať postupne; druhý môže súčasne spustiť čerpadlo, mikrovlnnú rúru a klimatizáciu. Denná kWh môže byť podobná, zatiaľ čo špičkový kW a nárazový prúd sú veľmi odlišné.

Vypočítajte využiteľnú kapacitu batérie pomocou DoD, Efficiency a Reserve

Použite využiteľnú kapacitu výrobcu

Hĺbka vybitia popisuje, aká veľká časť menovitej kapacity sa odstráni počas cyklu. Na predbežné dimenzovanie použite radšej prevádzkový rozsah povolený výrobcom batérie alebo uvedenú využiteľnú energiu, než aplikujte jedno univerzálne percento.

Ak je 10 kWh batéria prevádzkovaná v 90 % využiteľnom rozsahu, poskytuje 9 kWh využiteľnej jednosmernej energie batérie pred tým, než sa zohľadnia ďalšie následné straty:

10 kWh × 0.90=9 kWh

Záručné podmienky, stav{0}}limitov{1}}nabitia, rýchlosť vybíjania, vek batérie, teplota, nastavenia firmvéru a požadovaná životnosť cyklu môžu zmeniť praktické prevádzkové okno.

Použite správnu metriku efektívnosti

Pre dobu prevádzky pri výpadku je relevantná hodnota zvyčajne-jednosmerná účinnosť od uloženej energie batérie k chráneným záťažiam. Efektivita obojsmernej{2}}cesty zahŕňa nabíjanie aj vybíjanie a nemala by sa automaticky nahradiť-jednosmerným výpočtom doby prevádzky.

Tiež skontrolujte, či je zverejnená využiteľná energia produktu meraná na strane jednosmerného prúdu alebo dodávaná na strane striedavého prúdu. Ak už výrobca uvádza využiteľnú striedavú energiu, opätovné odpočítanie strát meniča môže zdvojnásobiť-počítanie rovnakej straty.

Národné laboratóriá SandiaDOE/EPRI Príručka skladovania elektrinyposkytuje širší technický kontext týkajúci sa výkonu úložiska, výkonu, energie, účinnosti a -špecifického dizajnu aplikácie.

Použiť priehľadný dizajnový okraj

Návrhová rezerva môže pokryť miernu neistotu, malé budúce zaťaženie, zníženie kapacity v priebehu času a menšie chyby v odhadoch doby prevádzky. Uveďte ho výslovne ako násobiteľ, napríklad 1,10 pre 10 % príspevok.

Okraj by nemal skrývať slabé údaje o zaťažení. Najprv vylepšite odhad zaťaženia, potom pridajte zámernú rezervu.

Skontrolujte teplotu a podmienky inštalácie

Teplota môže ovplyvniť využiteľnú kapacitu, akceptáciu nabíjania, vybíjací výkon, správanie BMS a životnosť. Skontrolujte minimálnu teplotu nabíjania, minimálnu vybíjaciu teplotu, krivky zníženia výkonu, zabudované- vykurovanie, menovitý kryt, požiadavky na chladenie alebo vetranie a limity pre vnútornú alebo vonkajšiu inštaláciu.

Neaplikujte jeden studený-poveternostný faktor na každú lítiovú batériu. Nastavenia chémie, bunkového dizajnu, tepelného manažmentu a BMS sa líšia. Tento prehľadrozsah prevádzkových teplôt lítiovej batériemôže pomôcť identifikovať údaje o produkte, ktoré by sa mali skontrolovať.

Premeňte kWh na Ah a vyberte 12V, 24V alebo 48V

Energia batérie môže byť uvedená v kilowatt{0}}hodinách, zatiaľ čo niektoré systémy sú opísané v amp-hodinách. Vzťah je:

Energia (Wh)=napätie (V) × kapacita (Ah)

Preto:

Kapacita (Ah)=energia (kWh) × 1 000 ÷ menovité napätie systému

Tieto amp{0}}hodinové hodnoty predstavujú približne rovnakú nominálnu energiu. Vyššie napätie znižuje prúd potrebný na dodanie rovnakého výkonu, čo môže znížiť veľkosť vodiča a pokles napätia, keď je systém navrhnutý správne.

Ako vybrať systémové napätie

• 12V:bežné v malých DC systémoch a skromných mobilných aplikáciách.
• 24V:často používané v stredných mobilných systémoch, kabínach, námorných systémoch a menších invertorových inštaláciách.
• 48V:bežné vo väčších stacionárnych systémoch, pretože rovnaký výkon možno dodať pri nižšom prúde ako pri 12V alebo 24V.

Napätie je architektonické rozhodnutie. Batéria, menič, regulátor nabíjania, ochranné zariadenia, vodiče, komunikácia a akékoľvek jednosmerné-záťaže musia byť kompatibilné. Väčšie systémy môžu tiež používať účel-navrhnutývysokonapäťové batérie na skladovanie energie, ktoré by sa nemali považovať za jednoduché rozšírenia 48V banky pre domácich majstrov.

Skontrolujte napájanie meniča, štartovacie prepätie a limity BMS

Batériová banka môže mať dostatok kWh a stále nedokáže spustiť alebo prevádzkovať požadované zariadenie. Kapacita určuje dobu chodu. Limity výkonu a prúdu určujú, či systém vôbec môže obsluhovať záťaž.

Skontrolujte nepretržitý výkon

Pridajte záťaže, ktoré môžu pracovať súčasne. Nepretržitý výstup striedavého prúdu meniča musí prekročiť očakávanú požiadavku pri príslušnej teplote a prevádzkových podmienkach.

Odhadnite bočný prúd batérie-s:

jednosmerný prúd (A) ≈ výkon striedavého prúdu (W) ÷ napätie batérie (V) ÷ účinnosť meniča

Napríklad 4 000 W AC záťaž napájaná z 48 V batérie cez 92 % účinný invertor vyžaduje približne:

4,000 ÷ 48 ÷ 0.92 ≈ 90.6 A

Batéria, BMS, prípojnice, káble, poistky, odpojovače a svorky musia byť navrhnuté pre príslušný prúd.

Skontrolujte štartovací ráz motora a kompresora

Čerpadlá studní, chladničky, mrazničky, klimatizačné zariadenia, dielenské náradie a vzduchové kompresory môžu počas štartovania odoberať podstatne viac energie ako pri bežnej prevádzke. Skontrolujte:

• Nárazový výkon meniča
• Povolené trvanie prepätia
• Aktuálny limit a trvanie{0}}špičky BMS batérie
• Pokles napätia počas spúšťania
• Hodnotenie vodičov a ochranných-zariadení
• Či sa môže spustiť niekoľko zaťažení súčasne

Špičkový počet bez trvania nestačí. Systém, ktorý dokáže produkovať veľmi vysoký výkon na zlomok sekundy, môže stále zlyhať pri spustení motora, ktorý potrebuje zvýšený prúd na niekoľko sekúnd.

Skontrolujte BMS batérie a paralelné limity

Pre každý navrhovaný modul skontrolujte maximálny nepretržitý vybíjací prúd, špičkový vybíjací prúd, povolené trvanie špičky, maximálny nabíjací prúd, odporúčaný rozsah meniča, maximálny počet paralelných vedení, schválené usporiadanie zapojenia a kompatibilitu komunikácie.

Paralelné moduly nie vždy dokonale zdieľajú prúd. Dĺžka kábla, odpor koncovky, teplota, stav nabitia a stav modulu môžu ovplyvniť zdieľanie prúdu. Použite výrobcom schválenú prípojnicu alebo usporiadanie káblov rovnakej dĺžky-.

Vypočítajte počet batériových modulov a kapacitu dobíjania

Vypočítajte počet batériových modulov

Keď je známa požadovaná nominálna kapacita:

Počet modulov=požadovaná nominálna kapacita ÷ menovitá kapacita na kompatibilný modul

Zaokrúhlite nahor na schválenú konfiguráciu celého-modulu.

Ak dizajn vyžaduje 14,2 kWh a jeden kompatibilný modul má menovitý výkon 5,12 kWh:

14.2 ÷ 5.12 = 2.77

Výpočet kapacity preto vyžaduje najmenej tri moduly, ktoré poskytujú 15,36 kWh menovitej energie. Konečný výber musí ešte prejsť kontrolou napájania, BMS, paralelného pripojenia, meniča, napätia, komunikácie a inštalácie.

Skontrolujte, ako rýchlo je možné batériu dobiť

Najprv odhadnite energiu, ktorá sa musí vrátiť do batérie:

Dobitie energie do batérie ≈ odobratá energia batérie ÷ účinnosť nabíjania

Potom odhadnite najlepší-čas nabíjania prípadu:

Doba nabíjania (hodiny) ≈ energia dobíjania (kWh) ÷ priemerný nabíjací výkon batérie (kW)

V prípade solárneho-nabíjacieho systému nepoužívajte napájanie zo štítku poľa, ako keby bolo dostupné nepretržite. Skontrolujte očakávanú mesačnú alebo sezónnu produkciu, denné zaťaženie, orezanie, tieňovanie, teplotu a limity{2}}kontroléra. TheKalkulačka NREL PVWattsmôže poskytnúť{0}}polohový odhad výroby fotovoltaickej energie pre tento krok skríningu.

Pri návrhu mimo{0}}mriežky musí očakávaná solárna produkcia pokrývať dennú záťaž aj energiu potrebnú na obnovenie batérie po vybití. Ak sa batéria nedokáže obnoviť pred ďalším slabým-slnečným obdobím, samotné zvýšenie úložiska problém so spoľahlivosťou nevyrieši.

Tabuľka veľkostí solárnych batérií

Nasledujúca tabuľka používa jeden deň autonómie, 90 % využiteľný podiel batérie, 92 % efektívnosť dodávky a 10 % návrhovú rezervu. Je to len príklad.

Zmena akéhokoľvek predpokladu zmení výsledok. Nižšia využiteľná frakcia, nižšia účinnosť, dlhšia doba autonómie alebo väčšia rezerva zvyšujú požadovanú nominálnu kapacitu.

Príklady dimenzovania solárnych batérií

Príklad 1: Malá vypnutá-kabina s mriežkou

Predpokladajme:

• Denná návrhová záťaž: 2,8 kWh
• Autonómia: 1,5 dňa
• Využiteľná časť batérie: 90 %
• Účinnosť doručenia: 92 %
• Dizajnová marža: 10 %

Požadovaná nominálna kapacita=2.8 × 1,5 × 1,10 ÷ 0,90 ÷ 0,92 ≈ 5,58 kWh

Pri nominálnom napätí 24V:

5,58 × 1 000 ÷ 24 ≈ 233 Ah

Ďalším krokom je vybrať schválenú konfiguráciu modulu nad 5,58 kWh a overiť, či menič, limity prúdu batérie a sezónny zdroj nabíjania dokážu podporovať zaťaženie kabíny.

Príklad 2: Essential Home Backup

Predpokladajme, že chránené záťaže sú v priemere 1,2 kW a musia pracovať osem hodín.

Požadovaná energia pri zaťažení=1.2 kW × 8 hodín=9.6 kWh

Použitie 90 % využiteľnej frakcie, 92 % efektívnosti dodávky a 10 % marže:

Požadovaná nominálna kapacita=9.6 × 1,10 ÷ 0,90 ÷ 0,92 ≈ 12,75 kWh

Tento výsledok sa týka doby chodu energie. Nedokazuje, že batéria a menič dokážu spustiť najväčší motor alebo podporovať maximálne súčasné zaťaženie.

Príklad 3: Od tabuľky nameraného zaťaženia k počtu modulov

Pomocou ilustratívnej tabuľky nameraného zaťaženia vyššie:

• Denná kritická-energia záťaže: 3,71 kWh
• Autonómia: 1,5 dňa
• Využiteľná časť batérie: 90 %
• Účinnosť doručenia: 92 %
• Dizajnová marža: 10 %

Požadovaná nominálna kapacita=3.71 × 1,5 × 1,10 ÷ 0,90 ÷ 0,92 ≈ 7,39 kWh

Ak je schválený modul batérie dimenzovaný na 5,12 kWh:

7,39 ÷ 5.12=1.44 modulov

Konštrukcia potrebuje minimálne dva moduly podľa kapacity, pre nominálnu hodnotu 10,24 kWh. Pred prijatím tejto konfigurácie overte dva-moduly trvalého prúdu, rázu pri spustení, nabíjacieho prúdu, paralelného schválenia a komunikácie meniča.

Ako dlho vydrží 10 kWh batéria?

Doba chodu závisí od využiteľnej energie dodanej do záťaží, nielen od nominálnej hodnoty. S 10 kWh nominálnou batériou, 90 % využiteľnou frakciou a 92 % efektívnosťou dodávky:

Využiteľná striedavá energia ≈ 10 × 0,90 × 0.92=8.28 kWh

Tieto hodnoty predpokladajú stabilnú priemernú záťaž a nezahŕňajú ďalšie obmedzenia teploty, starnutie, rezervu BMS ani{0}}špecifické obmedzenia zariadenia.

Dimenzovanie banky LiFePO4 vs. olovené-batérie

Chémia batérie ovplyvňuje, ako sa nominálna kapacita, rýchlosť vybíjania, požiadavky na nabíjanie, údržbu a podmienky inštalácie premietnu do použiteľného výkonu systému. Pre širšie porovnanie si pozrite tietorôzne typy batérií na skladovanie energie.

V prípade olovených-kyselinových batérií použite krivky vybíjania výrobcu a menovitú-hodinovú kapacitu. Jednoduchá konverzia Ah pri nominálnom napätí môže nadhodnotiť dostupnú energiu, keď je vybíjací prúd vysoký.

Bežné chyby veľkosti solárnej batérie

• Násobenie časom dvakrát:ak je energia záťaže už v kWh, nenásobte ju znova záložnými hodinami.
• Zamieňanie kW s kWh:uložená energia a dodávaná energia sú samostatné špecifikácie.
• Použitie celkovej spotreby domácnosti na nevyhnutné zálohovanie:veľkosť z chránených záťaží, keď návrh nie je celý-domáca záloha.
• Použitie menovitých wattov ako priemernej spotreby:cyklistické vybavenie často spotrebuje menej energie, ako naznačuje jeho maximálny vstup.
• Ignorovanie spotreby v pohotovostnom režime:nepretržitá záťaž 40 W spotrebuje 0,96 kWh za deň.
• Použitie spiatočnej-účinnosti v jednosmernom{1}}výpočte bez kontroly:priraďte hodnotu účinnosti k vypočítavanej energetickej dráhe.
• Ignorovanie rázov pri štarte motora-:dostatok kWh nezaručuje úspešné spustenie čerpadla alebo kompresora.
• Navrhovanie pre ročné-priemerné slnečné podmienky:mimo{0}}spoľahlivosť siete sa zvyčajne riadi najmenej priaznivou sezónou.
• Za predpokladu, že batérie je možné vždy pridať neskôr:rozšírenie môže byť obmedzené vekom, stavom nabitia, firmvérom, komunikáciou, limitmi meniča alebo politikou výrobcu.
• Ignorovanie času nabíjania:batéria, ktorá sa nemôže zotaviť pred ďalším vybitím, nie je odolná konštrukcia.

Bezpečnosť, rozsah a redakčná metodika

Tento článok poskytuje predbežný výpočtový rámec na porovnanie požiadaviek na kapacitu batérie. Nejde o nákres elektrického návrhu, inštalačný manuál, -kontrolu súladu s kódom ani náhradu za-špecifickú konštrukciu produktu.

Metóda výpočtu oddeľuje výkon záťaže, energiu záťaže, nominálnu kapacitu, využiteľnú kapacitu, efektívnosť dodávky a návrhovú rezervu, aby bolo možné skontrolovať každý predpoklad. Spracované príklady odhaľujú ich predpoklady a nemali by sa považovať za univerzálne odporúčania produktu.

Konečný výber a inštaláciu zariadenia by mal skontrolovať kvalifikovaný odborník oboznámený s príslušnými miestnymi požiadavkami na elektrickú energiu, budovy a požiare. V Spojených štátoch to vysvetľuje ULUL 9540 hodnotí systémy a zariadenia na skladovanie energie ako integrované systémyvrátane batérií, konverzie energie, ovládacích prvkov, ochrany a komunikácie.

FAQ