Kompleksowy przewodnik po projektowaniu i konfiguracji systemów fotowoltaicznych i magazynowania energii w budynkach mieszkalnych

Domowy system fotowoltaiczny (PV) z magazynowaniem energii składa się głównie z modułów PV, akumulatorów energii, falowników, liczników oraz systemów zarządzania monitoringiem. Jego celem jest osiągnięcie samowystarczalności energetycznej, obniżenie kosztów energii, obniżenie emisji dwutlenku węgla i poprawa niezawodności zasilania. Konfiguracja domowego systemu fotowoltaicznego z magazynowaniem energii to złożony proces, który wymaga starannego rozważenia różnych czynników, aby zapewnić wydajną i stabilną pracę.

I. Przegląd systemów fotowoltaicznych i magazynowania energii dla gospodarstw domowych

Przed rozpoczęciem konfiguracji systemu należy koniecznie zmierzyć rezystancję izolacji prądu stałego (DC) między zaciskiem wejściowym panelu fotowoltaicznego a uziemieniem. Jeśli rezystancja jest mniejsza niż U…/30 mA (U… oznacza maksymalne napięcie wyjściowe panelu fotowoltaicznego), należy zastosować dodatkowe uziemienie lub izolację.

Podstawowe funkcje domowych systemów fotowoltaicznych i magazynowania energii obejmują:

• Samokonsumpcja:Wykorzystanie energii słonecznej w celu zaspokojenia zapotrzebowania gospodarstw domowych na energię.
• Wyrównywanie szczytów i wypełnianie dolin:Zrównoważone zużycie energii w różnych porach w celu oszczędności na kosztach energii.
• Zasilanie awaryjne:Zapewniamy niezawodną energię elektryczną podczas przerw w dostawie prądu.
• Zasilanie awaryjne:Wsparcie obciążeń krytycznych podczas awarii sieci.

Proces konfiguracji obejmuje analizę zapotrzebowania użytkowników na energię, projektowanie systemów fotowoltaicznych i magazynowania energii, wybór komponentów, przygotowanie planów instalacji oraz określenie środków obsługi i konserwacji.

II. Analiza i planowanie popytu

Analiza zapotrzebowania na energię

Kluczowe znaczenie ma szczegółowa analiza zapotrzebowania na energię, obejmująca:

• Profilowanie obciążenia:Określenie zapotrzebowania na energię elektryczną różnych urządzeń.
• Dzienne spożycie:Określenie średniego zużycia energii elektrycznej w ciągu dnia i nocy.
• Ceny energii elektrycznej:Zrozumienie struktur taryfowych w celu optymalizacji systemu i obniżenia kosztów.

Studium przypadku

• Profil użytkownika:
  • Całkowite podłączone obciążenie: 8,2 kW
  • Obciążenie krytyczne: 3,6 kW
  • Zużycie energii w ciągu dnia: 10 kWh
  • Zużycie energii w nocy: 20 kWh
• Plan systemu:
  • Zainstaluj hybrydowy system fotowoltaiczno-magazynowy, który w ciągu dnia generuje energię z fotowoltaiki, zaspokajając zapotrzebowanie na energię i przechowując nadmiar energii w akumulatorach do wykorzystania w nocy. Sieć elektroenergetyczna działa jako uzupełniające źródło zasilania, gdy energia z fotowoltaiki i magazynowania jest niewystarczająca.

• III. Konfiguracja systemu i wybór komponentów

  1. Projekt systemu fotowoltaicznego

  • Rozmiar systemu: Biorąc pod uwagę obciążenie użytkownika wynoszące 8,2 kW i dzienne zużycie energii wynoszące 30 kWh, zaleca się instalację fotowoltaiczną o mocy 12 kW. Instalacja ta może wygenerować około 36 kWh dziennie, aby pokryć zapotrzebowanie.
  • Moduły fotowoltaiczne:Wykorzystaj 21 monokrystalicznych modułów o mocy 580 Wp, osiągając zainstalowaną moc 12,18 kWp. Zapewnij optymalną aranżację, aby zapewnić maksymalne nasłonecznienie.

  Maksymalna moc Pmax [W]	575	580	585	590	595	600
  Optymalne napięcie robocze Vmp [V]	43,73	43,88	44.02	44.17	44.31	44,45
  Optymalny prąd roboczy Imp [A]	13.15	13.22	13.29	13.36	13.43	13,50
  Napięcie obwodu otwartego Voc [V]	52.30	52,50	52,70	52,90	53.10	53.30
  Prąd zwarciowy Isc [A]	13,89	13,95	14.01	14.07	14.13	14.19
  Sprawność modułu [%]	22.3	22,5	22.7	22,8	23,0	23.2
  Tolerancja mocy wyjściowej	0~+3%
  Współczynnik temperaturowy mocy maksymalnej [Pmax]	-0,29%/℃
  Współczynnik temperaturowy napięcia obwodu otwartego [Voc]	-0,25%/℃
  Współczynnik temperaturowy prądu zwarciowego [Isc]	0,045%/℃
  Standardowe warunki testowe (STC): natężenie światła 1000 W/m², temperatura akumulatora 25℃, jakość powietrza 1,5

  2. System magazynowania energii

  • Pojemność baterii: Skonfiguruj system akumulatorów litowo-żelazowo-fosforanowych (LiFePO4) o pojemności 25,6 kWh. Taka pojemność zapewnia wystarczające zasilanie awaryjne dla obciążeń krytycznych (3,6 kW) przez około 7 godzin podczas przerw w dostawie prądu.
  • Moduły akumulatorowe:Wykorzystaj modułowe, piętrowe konstrukcje z obudowami o stopniu ochrony IP65 do instalacji wewnętrznych i zewnętrznych. Każdy moduł ma pojemność 2,56 kWh, a 10 modułów tworzy kompletny system.

  3. Wybór falownika

  • Falownik hybrydowy:Użyj hybrydowego falownika o mocy 10 kW ze zintegrowanymi funkcjami zarządzania energią fotowoltaiczną i magazynowaniem. Najważniejsze funkcje obejmują:
    • Maksymalna moc wejściowa fotowoltaiczna: 15 kW
    • Moc wyjściowa: 10 kW zarówno do pracy w trybie podłączonym do sieci, jak i poza nią
    • Ochrona: stopień ochrony IP65 z czasem przełączania z sieci na sieć poza siecią <10 ms

  4. Wybór kabla fotowoltaicznego

  Kable fotowoltaiczne łączą moduły słoneczne z inwerterem lub skrzynką rozdzielczą. Muszą być odporne na wysokie temperatury, promieniowanie UV i warunki zewnętrzne.

  • EN 50618 H1Z2Z2-K:
    • Jednordzeniowy, o napięciu 1,5 kV prądu stałego, z doskonałą odpornością na promieniowanie UV i warunki atmosferyczne.
  • TÜV PV1-F:
    • Elastyczny, trudnopalny, o szerokim zakresie temperatur (-40°C do +90°C).
  • Przewód fotowoltaiczny UL 4703:
    • Podwójnie izolowane, idealne do systemów montowanych na dachu i na ziemi.
  • Pływający kabel solarny AD8:
    • Zanurzalny i wodoodporny, nadaje się do stosowania w środowisku wilgotnym lub wodnym.
  • Kabel solarny z rdzeniem aluminiowym:
    • Lekkie i ekonomiczne, stosowane w instalacjach na dużą skalę.

  5. Wybór kabla do magazynowania energii

  Kable akumulatorowe łączą akumulatory z falownikami. Muszą one przenosić wysokie prądy, zapewniać stabilność termiczną i zachować integralność elektryczną.

  • Kable UL10269 i UL11627:
    • Cienkościenne, izolowane, trudnopalne i kompaktowe.
  • Kable izolowane XLPE:
    • Wysokie napięcie (do 1500V DC) i odporność termiczna.
  • Kable wysokiego napięcia prądu stałego:
    • Przeznaczony do łączenia modułów akumulatorowych i szyn wysokiego napięcia.

  Zalecane specyfikacje kabli

  Typ kabla	Zalecany model	Aplikacja
  Kabel fotowoltaiczny	EN 50618 H1Z2Z2-K	Podłączanie modułów fotowoltaicznych do falownika.
  Kabel fotowoltaiczny	Przewód fotowoltaiczny UL 4703	Instalacje dachowe wymagające wysokiej izolacji.
  Kabel do magazynowania energii	UL 10269, UL 11627	Kompaktowe połączenia akumulatorowe.
  Ekranowany kabel pamięci masowej	Ekranowany kabel akumulatorowy EMI	Ograniczanie zakłóceń w wrażliwych systemach.
  Kabel wysokiego napięcia	Kabel izolowany XLPE	Połączenia wysokoprądowe w systemach akumulatorowych.
  Pływający kabel fotowoltaiczny	Pływający kabel solarny AD8	Środowiska narażone na działanie wody lub wilgotne.

IV. Integracja systemów

Zintegruj moduły fotowoltaiczne, magazyny energii i falowniki w kompletny system:

1. System fotowoltaiczny:Zaprojektuj układ modułów i zapewnij bezpieczeństwo konstrukcyjne dzięki odpowiednim systemom montażowym.
2. Magazynowanie energii: Zainstaluj modułowe baterie ze zintegrowanym systemem BMS (Battery Management System) umożliwiającym monitorowanie w czasie rzeczywistym.
3. Falownik hybrydowy: Podłącz panele fotowoltaiczne i akumulatory do falownika, aby zapewnić płynne zarządzanie energią.

V. Instalacja i konserwacja

Instalacja:

• Ocena lokalizacji:Sprawdź dachy i obszary naziemne pod kątem zgodności konstrukcyjnej i ekspozycji na światło słoneczne.
• Instalacja sprzętu:Bezpieczny montaż modułów fotowoltaicznych, akumulatorów i falowników.
• Testowanie systemu:Sprawdź połączenia elektryczne i przeprowadź testy funkcjonalne.

Konserwacja:

• Rutynowe kontrole:Sprawdź kable, moduły i falowniki pod kątem zużycia i uszkodzeń.
• Czyszczenie:Aby zachować wydajność, należy regularnie czyścić moduły fotowoltaiczne.
• Zdalne monitorowanie:Używaj narzędzi programowych do śledzenia wydajności systemu i optymalizacji ustawień.

VI. Wnioski

Dobrze zaprojektowany system fotowoltaiczny z magazynowaniem energii zapewnia oszczędność energii, korzyści dla środowiska i niezawodność zasilania. Starannie dobrane komponenty, takie jak moduły fotowoltaiczne, akumulatory energii, falowniki i kable, gwarantują wydajność i trwałość systemu. Dzięki odpowiedniemu planowaniu,

Dzięki protokołom instalacji i konserwacji właściciele domów mogą zmaksymalizować korzyści płynące ze swojej inwestycji.