Расчёт фотоэлектрической системы

Фотоэлектрические системы, системы автономного электроснабжения, автономное освещение

Модератор: DEN

Расчёт фотоэлектрической системы

Сообщение SPomazanko » Вт дек 22, 2009 8:17 pm

Даются методические рекомендации по расчёту фотоэлектрических систем.
SPomazanko
 
Сообщений: 80
Зарегистрирован: Сб окт 10, 2009 8:37 am

Re: Расчёт фотоэлектрической системы

Сообщение SPomazanko » Пт янв 22, 2010 3:11 pm

Расчет системы
Под расчетом системы понимается:
• пределение номинальной мощности солнечных модулей и схемы их соединения,
• выбор типа, условий работы и емкости аккумуляторной батареи,
• выбор типа и мощности инвертора,
• определение параметров соединительных кабелей и т.д.
Сегодня основная задача фотоэлектрической энергетики — автономное электроснабжение объектов, поэтому мы ограничимся расчетом автономной фотоэлектрической станции мощностью до 5 кВт. Предположим, что система предназначена для потребителей переменного и постоянного тока.
Порядок расчета
1. Определим суммарную мощность всех потребителей, подключаемых одновременно. Она измеряется в Ваттах и приводится в паспорте изделия. На этом этапе уже можно выбрать мощность инвертора (которая должна быть не менее, чем в 1,25 раза больше расчетной). Номинальный ряд мощностей инверторов 500, 1000, 2500 и 5000 Вт. Здесь же выбирается номинальное напряжение станции по постоянному току (12, 24, 48 и 120 В . определяется типом инвертора).
2. Для определения номинальной емкости аккумуляторной батареи необходимо знать потребляемую энергию (в Ач) Ec, значение которой получается делением суммарной потребляемой электроэнергии En в Втч за сутки на номинальное напряжение станции. Емкость аккумуляторной батареи при этом рассчитывается по формуле:
Cномс*n/DOD
где DOD — выбранная глубина разряда аккумулятора;
n — количество дней без солнца.
Количество дней без солнца характеризует надежность электроснабжения в пасмурную погоду.

Емкость аккумулятора выбирается из стандартного ряда (с округлением в большую сторону от расчетной). Количество аккумуляторов, соединяемых последовательно, определяется делением номинального напряжения системы (12, 24, 48 и 120 В) на номинальное напряжение одного аккумулятора.
Для сокращения потребляемой энергии следует выбирать экономичные нагрузки, (например, для освещения вместо ламп накаливания современные люминесцентные лампы).
3. Суммарная мощность солнечных модулей Р рассчитывается по формуле:

P=En/(E*ηакинв*η*(1-Т*0,004))

где:
ηинв — КПД инвертора (0,8...0,93);
ηак — КПД зарядно-разрядного цикла аккумулятора (0,5...0,7);
η — коэффициент, учитывающий потери на несоответствие, потери в проводах и на отражение стекла — 0,8;
T — среднемесячная температура в °С (величина со знаком);
E — дневная солнечная радиация, усредненная за месяц, Втч/м2 в сутки.
Значение радиации берется в наихудший месяц за период работы станции (например, при круглогодичной работе — декабрь). Если потребляемая энергия En непостоянна по месяцам, то значение мощности рассчитывается за каждый месяц (и выбирается наибольшее). Значение солнечной радиации можно узнать в местной метеорологической станции. Модули ориентируют на юг и устанавливают под углом к горизонту, равным среднему солнечному склонению за период работы станции (например, для круглогодичной работы этот угол равен широте местности). Для более точных расчетов применяются специально разработанные компьютерные программы.
SPomazanko
 
Сообщений: 80
Зарегистрирован: Сб окт 10, 2009 8:37 am

Re: Расчёт фотоэлектрической системы

Сообщение Yuriy » Ср апр 18, 2012 8:13 am

Добрый день, Олег,

Спасибо большое за инструкцию. Она нам кое-что прояснила, но не все конечно.
Наша задача - создавать готовую систему, генератор на солнечной энергии.
Поскольку начались веерные отключения электроэнергии, это стало актуально.

Наше видение на сегодня приведено на блок-схеме в приложении 1:
- от 6 до 10 наших модулей мощностью 220 ватт при Vmpp=28 V, Impp=7.7 A (приложение 2).
Если посадить такой модуль на нихромовую проволоку сопротивлением 5 ом, то он генерирует за день примерно 1.4 кВт-часа (см.приложение 3, 4, 5)

- из описания контроллера МРРТ следует, что модули нужно собирать не параллельно, а последовательно-параллельно.
Модули двумя группами по 3-4 в серии включать параллельно на 1 контроллер МРРТ.
Это обеспечит напряжение типа 28*3=84 V или 28*4=112 V при токе порядка 15 ампер.
Планируется использовать гелевые аккумуляторы HAZE HZY12-100 (фото прилагается).

- с аккумуляторов переходим на инвертор –
КАКОЙ из Ваших инверторов вы порекоммендуете использовать с вашими контроллерами заряда (готовые комплекты, и их номиналы)?

Нам нужно обеспечить стандартный минимальный домашний набор: телевизор+холодильник+освещение.

Эксперименты показали, что нужен инвертор с номиналом 2 кВт под штатное потребление порядка 400 ватт, но способный выдерживать кратковременные перегрузки из-за пусковых токов компрессора холодильника.

Нам нужно, чтобы в период с 9 утра до 2 часов дня генератор обеспечивал вышеуказанную нагрузку при одновременном накоплении электроэнергии в аккумуляторах.

С чем мы сейчас столкнулись :
- имея Ваш контроллер на 45 ампер, купленный на рынке без какого бы то ни было описания, посадили на него 6 модулей параллельно, с напряжением 28 вольт.
После того, как батареи накопили энергию, включили 1.5-2 кВт инвертор (тоже с рынка, тоже без документов) под стабильную нагрузку 800 ватт.
Приборы показали, что из батарей берем 800 ватт (35 ампер), а вот контроллер в них грузит только 600 ватт (20 ампер), независимо от того, сколько модулей подключено, хоть 10.
Соответственно, при ясном полуденном сирийском солнце (!!!) генератор просто разряжает батареи и инвертор отключается.

Пожалуйста, ознакомьтесь с нашим видением и сообщите на правильном ли мы пути, верно мы поняли принцип работы контроллеров заряда, согласно инструкции и где допускается ошибка.

Жду ваши комментарии и рекомендации.

Заранее благодарна.
Юля Дубровская


Здравствуйте, Юля.
Ваша ошибка в том, что вы неправильно расчитываете емкость аккумуляторов.
Во вложении направляю вам экселевский файл - калькулятор для таких систем. Англоязычную страничку сделаете сами. Мои расчеты в русскоязычной закладке.
Как показывает практика, этот метод расчета слегка завышает конечные показатели, но достаточно правдив, по крайней мере, позволяет исключить расчетную ошибку.

У меня возник вопрос: у них электроэнергию отключают с 9 до 14 и только? (автономность 6 часов)

Если идет вопрос только о резервировании на 6 часов, а потом подача электроэнергии возобновляется, то комплект оборудования следующий:
PM-1600 LC-24 - 1 шт, АКБ 12V 200Ah - 2 шт.
В данном случае при обратном подключении электроэнергии инвертор автоматически переключит данную нагрузку с аккумуляторов на сеть и зарядит аккумуляторы.
Пусковые броски мощности данный аппарат выдерживает до 3-х киловатт. Недостаток данного аппарата - достаточно высокий ток холостого хода 4-6 А 24V DC - и про это надо помнить всегда.

Если идет вопрос о возможном отключении на время более 6 часов, но до 24 часов, то рекомендую следующий комплект оборудования, по данным расчетов:
Ваши фотомодули 220 Вт 24 В - 11 штук,
контроллер заряда 50 АР - 2 штуки
Инвертор напряжения PM-1500 SI-24 - 1 шт
АКБ 12V 200 Ah - 6 шт.
Особенность данного варианта:
1. Инвертор напряжения относится к оборудованию премиум класса, оснащен встроенной сетевой зарядкой, системой управления контроллерами заряда, имеет достаточно низкий уровень холостого хода.
2. По пожеланию заказчика, к нему может подстыковываться такой же второй инвертор (из этой серии любой мощности) в качестве ведомого, увеличивая мощность системы.
3. выдерживает кратковременные броски х2 от своей номинальной мощности.
4. Возможно подключение при нехватке емкости аккумулятора резервного бензо- или дизель- генератора,
Данное предложение актуально при ежедневных систематических отключениях электроэнергии.

Если в пожеланиях клиента стоит вопрос при нехватке электроэнергии включить резервный бензо- или дизель- генератор, и отключения электроэнергии носят не ежедневный период, то можно предложить следующий комплект оборудования:
Инвертор напряжения PM-1500 SSL-24 - 1 шт
Ваши фотомодули 220 Вт 24 В - 5 штук,
АКБ 12V 200 Ah - 4 шт.

Также не стоит забывать, что ВСЕ контроллеры заряда как от фотомодулей, так и от сети любого производителя работают по принципу автоматической адаптации и заряжают банк аккумуляторов за 10 часов при соответствующем токе. Выбор неправильного режима заряда повлечет за собой преждевременное старение и выход из строя аккумуляторов.
Исключение - жидкостные аккумулятора большой емкости от 600 до 3000 А.ч с системой перемешивания электролита. Для них свои процессы.

Добрый день, Олег,

Большое спасибо за ваш ответ и экселевский файл. Поработали с вашим ответом и есть несколько вопросов.

Как мы поняли, речь идет о резервной системе типа UPS.
Но нас, как производителей модулей, прежде всего интересует автономный (stand-alone) солнечный ГЕНЕРАТОР.

Поэтому время с 9 до 14 это не время отключения сети, а время максимального
генерирования солнечной энергии, картинка была приложена к прошлому письму.

Что нам нужно и какой комплект под это нужен:

1. Сети нет вообще, так же как и дизель - генератора. Гибридные системы
рассмотрим потом отдельно.
2. электроэнергия генерируется модулями с 6 утра до 6 вечера, максимум
генерации приходится на период 9-14 часов. Вы правильно поставили 6 часов в
день.
3. Свет, телевизор, холодильник в течение суток включаются-выключаются
случайным образом
4. По желанию заказчика вместо домашнего набора в период максимальной
генерации 9-14 часов система может быть включена на какую-нибудь другую
нагрузку полупромышленного назначения типа сверлильный станок, краскопульт
или насос, предельной мощностью 2 кВт.

Вот именно четвертый пункт у нас и не работает:
- Вы рекомендуете 11 модулей, я мы ставили 10. В чем существенная разница?
Подскажите, как эти модули соединять между собой, как подключать к вашему
контроллеру (контроллерам) заряда, какой инвертор использовать, ну и
как самое последнее - про аккумуляторные батареи.
Как оно все будет работать? Поскольку нам необходима динамика - одновременность всех процессов.

Наша картинка на сегодня такая:
- все модули собраны параллельно, то есть 6 модулей должны давать больше 45
ампер
- когда батареи пустые, они быстро заряжаются по мере того, как солнце
поднимается, а потом ток заряда падает, хотя солнце продолжает подниматься.
НО !!!
Когда подаем нагрузку на инвертор и батареи начинают разряжаться, то они не
заряжаются по мере разряда, сколько бы модулей мы не подключали.

Тех.инфо:
- на входе от 1 до 10 модулей собрано параллельно
- на выходе стабильная нагрузка 800 ватт.
Ток разряда батарей на инвертор порядка 35 ампер, ток заряда через
контроллер на превышает 20 ампер.


Нам нужно именно это - примерно одновременный процесс разрядки и заряда с
положительным балансом.

Идеальная картинка была бы такая:
- ранним утром практически пустые батареи начинают заряжаться, все спят,
максимум включат свет в туалете, ну и холодильник;
- к 9 утра батареи заполнены и контроллер заряда снижает ток, как бы ярко не
светило солнце;
- если включили насос 400 ватт, то инвертор берет электричество из батареи и
одновременно контроллер поднимает ток заряда, чем больше берем, тем больше
ток заряда;
- заказчик сам определяет приоритеты, куда ему нужнее - огород днем полить
или телевизор вечером посмотреть;
- если солнце заслонили тучки - больше потребляем из батарей, тучек нет и
нагрузка снижена - больше аккумулируем.

Или процесс одновременного использования батарей инвертором и их заряда
контроллером противоречит каким-то законам?

Жду ваших комментариев.

Заранее благодарна.
Юля


Здравствуйте, Юля.
Значит, все-таки расчитываем автономную систему.
тогда действуем по следующему алгоритму:
Потребитель - 2 кВт, 24 часа = 48 кВт.ч - это суточное расчетное потребление электроэнергии.
Для создания автономного источника необходимо зарезервировать данную энергию на +2 дня без солнца : 48кВт.ч +2 х 48 = 144 кВт.ч - это энергетический запас в аккумуляторах.
При такой большой емкости рекомендуемое рабочее напряжение - 48 вольт DC.
Расчитываем емкость:
144 кВт.ч. /48 вольт = 3 000 Ампер!!!! После этого расчет теряет смысл.

На данном примере я показал, как важно в солнечных генерирующих установках определить необходимое количество энергии.

Теперь, для создания продаваемого объекта, лучше всего привязаться к цифре дневного обеспечения в кВт.ч - это будет и честно, и с другой стороны обезопасит от претензии.

согласно тем расчетам что я вам предоставил, солнечный генератор в составе:
- фотомодуль 220 Вт 24 В - 11 шт,
- аккумуляторная батарея 24V DC 600 Ah
- контроллер заряда заряда 50А - 2 шт
- инвертор 1500 Вт 24 В - 1 шт
необходимо предоставлять со следующей формулировкой: "Солнечный генератор производительностью 7 кВт.ч/день"

Теперь проводим "детальный разбор полетов"
ТЗ:
на входе от 1 до 10 модулей собрано параллельно
на выходе стабильная нагрузка 800 ватт.
Ток разряда батарей на инвертор порядка 35 ампер, ток заряда через
контроллер не превышает 20 ампер.
Что получилось:
Стабильная нагрузка в схеме 24 вольта + холостой ход инвертора потребляет с АКБ 35 А
От фотомодулей поступает в систему 20 А то есть создан дефицит энергии 15А - вот почему аккумуляторы разрядились.
Теперь о заряде аккумуляторов.
Изображение
Представленная диаграмма объяснят стандартный принцип заряда аккумуляторов любым зарядным устройством - либо солнечным, либо сетевым
Максимальный ток направляется в аккумулятор только для его "раскачки" из полностью разряженного состояния. Далее, с возрастающей емкостью, ток снижается
это участок "absorption time" - это основной участок, в котором происходит работа солнечного генератора. Третий участок это режим накопления емкости, в период завершающего этапа заряда аккумулятора.
Для того чтобы в вашем случае шел заряд аккумулятора и одновременно с этим работала нагрузка, необходимо увеличить количество солнечных модулей вдвое.
Вы можете провести эксперимент, снизив нагрузку вдвое, то есть оставив ФЭП, обеспечивающие 20 А ток заряда, подключите нагрузку 400 ватт - ток разряда порядка 18 ампер

Самая главная задача - найти золотую середину между потребляемой энергией, емкостью АКБ, количеством ФЭП.

В вашем эксперименте есть 2 момента - малая емкость АКБ, из-за чего аккумулятор проваливается в начало 1-го этапа графика, а соответственно валит работу всей системы.
и скорее всего 2-й - слишком большая нагрузка для такой системы.
Также советую проверить параметры контроллера заряда. Если это "наш", то у него 4-х ступенчатый заряд, необходимо правильно выставить параметры по таблицам с помощью переключателей

Отличие контроллеров АР от АМ - только в использовании технологии МРРТ у последних: за счет высокого напряжения уходят потери в линии постоянного тока, а это не мало, также данная технология позволяет отслеживать максимальную точку производительности системы, "вытаскивая энергию" при низких уровнях инсоляции.
Yuriy
Site Admin
 
Сообщений: 44
Зарегистрирован: Сб июл 19, 2008 10:43 am


Вернуться в Фотоэлектрические системы

Кто сейчас на форуме

Сейчас этот форум просматривают: нет зарегистрированных пользователей и гости: 1

cron