كيف يعمل النظام الشمسي خارج الشبكة؟ وأوضح المكونات والتدفق والتحجيم

تقع المقصورة على بعد أربعة كيلومترات من آخر عمود كهرباء، ويريد مشغل الشبكة مبلغًا مكونًا من خمسة أرقام لكل كيلومتر لتمديد الخط. عند هذه النقطة، يتوقف توليد وتخزين الكهرباء الخاصة بك عن كونه خيارًا لأسلوب الحياة ويصبح عملية حسابية بسيطة. إذًا كيف يعمل النظام الشمسي خارج الشبكة؟ في جوهرها، يتم تشغيل حلقة من أربع خطوات كل يوم: الألواح الكهروضوئية تحول ضوء الشمس إلى تيار مباشر (DC)، وينظم جهاز التحكم بالشحن أو العاكس الهجين هذا التيار ويوجهه بأمان، ويخزن بنك البطاريات كل ما لا تستخدمه الأسرة على الفور، ويقوم العاكس بتحويل التيار المستمر المخزن مرة أخرى إلى تيار متردد (AC) بالجهد والتردد الذي تتوقعه أجهزتك. نظرًا لعدم وجود شبكة مرافق تقف وراء أي منها، يجب أن تغطي كل خطوة 100% من الطلب الخاص بك - لا يوجد قياس صافي، ولا يوجد تراجع في الشبكة، ولا توجد فرصة ثانية بعد غروب الشمس.

دورة العمل: أربع خطوات من ضوء الشمس إلى المقبس

إن أوضح طريقة لفهم التكنولوجيا هي متابعة وحدة واحدة من الطاقة خلال يوم عادي.

1. جيل. تنتج الألواح طاقة تيار مستمر عندما يصل إليها الضوء. تنتج وحدة حديثة أحادية البلورية بقدرة 450 واط في أوروبا الوسطى ما يقرب من 1.2 إلى 1.6 كيلووات في الساعة في يوم صيفي صافٍ، ولكن فقط 0.4 إلى 0.9 كيلووات في الساعة في ديسمبر، وهذه الفجوة الموسمية هي التي تقود عملية التصميم بأكملها.
2. أنظمة. تحافظ دائرة MPPT الخاصة بوحدة التحكم في الشحن على المصفوفة عند أقصى نقطة طاقة لها - حيث تتتبع في حدود حوالي 1-2% من المستوى النظري الأمثل - وتقيس التيار داخل البطارية خلال المراحل السائبة والامتصاصية والطفوية بحيث لا يتم شحن الخلايا بشكل زائد أبدًا.
3. تخزين. الطاقة الفائضة تملأ بنك البطارية. في المباني السكنية الحالية، يعني ذلك وجود فوسفات حديد الليثيوم (LiFePO4) على منصة 48 فولت: عمق تفريغ قابل للاستخدام بنسبة 90% أو أكثر، ومنحنيات جهد مسطحة، وعمر دورة يزيد عن 6000 دورة.
4. تحويل. يسحب العاكس التيار المستمر من البطارية ويولد موجة جيبية نقية من التيار المتردد - 230 فولت/50 هرتز في أوروبا، 120/240 فولت/60 هرتز في أمريكا الشمالية - بكفاءة تحويل 93-97%.

بعد حلول الظلام، تعمل الحلقة في الاتجاه المعاكس: تقوم البطارية بتغذية العاكس، ويقوم العاكس بتغذية المنزل. عندما تعود الشمس، تقوم المصفوفة بإعادة شحن البنك بينما تحمل في نفس الوقت الأحمال النهارية. خلال فترات الطقس الطويلة الملبدة بالغيوم، تقبل معظم المحولات الهجينة أيضًا مولدًا احتياطيًا على مدخل تيار متردد مخصص؛ تتزامن الوحدة مع المولد وتقوم بإعادة شحن البطاريات تلقائيًا. حتى لو لم تقم أبدًا بشراء مولد، فإن تحديد هذا المدخل لا يكلف سوى القليل في وقت التصميم وينقذ النظام في أسوأ لحظة ممكنة.

المكونات التي تقوم بالعمل الفعلي

تحمل النظام أربع مجموعات مكونة، وكل منها تجيب على سؤال هندسي مختلف.

الألواح الشمسية: سقف الإنتاج

تضع اللوحات الحد الأعلى على كل شيء آخر. تمتد الوحدات السكنية أحادية البلورية الآن ما يقرب من 400 واط إلى 620 واط، وتفاصيل التخطيط أكثر أهمية خارج الشبكة منها: وحدة ثنائية الجانب مثبتة فوق حصى فاتح اللون يمكن أن تحصد 5-15٪ إضافية من انعكاس الجانب الخلفي، في حين أن مدخنة مظللة واحدة يمكن أن تمنع إخراج سلسلة كاملة لساعات. تم تحديد حجم المصفوفات خارج الشبكة لأسوأ شهر في العام، لذا فهي تحمل بشكل روتيني ألواحًا أكثر من السقف المرتبط بالشبكة الذي يخدم نفس الاستهلاك اليومي.

عاكس هجين مع وحدة تحكم شحن MPPT مدمجة

في معظم الأنظمة المثبتة اليوم، تعيش وحدة التحكم والعاكس في وحدة هجينة واحدة. يقبل النموذج النموذجي أحادي الطور بقدرة 5 كيلووات 6 إلى 8 كيلووات من المدخلات الكهروضوئية عبر جهازي تتبع MPPT مستقلين، ويتحمل ما يصل إلى حوالي 500 إلى 650 فولت تيار مباشر من جهد الدائرة المفتوحة، وينقل إلى طاقة البطارية في غضون 4 إلى 10 مللي ثانية تقريبًا عندما ينهار إنتاج الطاقة الشمسية - بسرعة كافية بحيث تظل أجهزة الكمبيوتر قيد التشغيل ولا تتوقف الضواغط. تنشر العلامات التجارية الراسخة مثل Deye وSolis أوقات النقل، وعدد MPPT، وذروة الكفاءة في أوراق البيانات الخاصة بها، وهذه الأرقام الثلاثة تستحق نفس القدر من الاهتمام مثل السعر.

Deye SUN-5K-SG03LP1-EU 5kW عاكس هجين أحادي الطور وحدة هجينة بقدرة 5 كيلووات مزودة بأجهزة تعقب MPPT مزدوجة ونقل سريع للبطارية، وقد تمت مناقشة قلب وحدة التحكم والعاكس قبل البطاقة. إن وقت النقل المنشور وعدد MPPT وأرقام الكفاءة تجعل الأمر يستحق التحقق من السعر الذي حددته. عرض المنتج →

بنك البطارية: حيث يعيش الاستقلال في الواقع

تحدد البطارية المدة التي ستستمر فيها دون التعرض للشمس، وقد حل LiFePO4 محل حمض الرصاص لثلاثة أسباب قابلة للقياس: 90-100% من السعة القابلة للاستخدام مقابل 50% تقريبًا، وعدة آلاف من دورات الشحن مقابل 500-1200، وجهد التفريغ المسطح الذي يحافظ على استقرار العاكسات حتى يصبح البنك فارغًا تقريبًا. كتلة البناء القياسية هي وحدة 51.2 فولت، 100 أمبير تخزن حوالي 5.12 كيلووات في الساعة؛ تنمو السعة عن طريق تكديس وحدات إضافية أو وضعها على أرفف، ويقوم نظام إدارة البطارية الموجود على متن الطائرة (BMS) بموازنة الخلايا وفصلها عند حدود آمنة.

بطارية Deye SE-F5 Pro بقدرة 5.12 كيلو وات في الساعة 51.2 فولت LiFePO4 وحدة LiFePO4 بقوة 51.2 فولت و100 أمبير تخزن حوالي 5.12 كيلووات في الساعة مع تيار مستمر 100 أمبير وحماية BMS. إنها تتطابق مع البطارية الأساسية الموصوفة هنا وتتوسع بالتوازي مع نمو احتياجات التخزين الخاصة بك. عرض المنتج →

فريق التمثيل مهم أيضًا. تقوم صناديق تجميع التيار المستمر بدمج السلاسل خلف المدخلات المدمجة، ويجب أن يكون حجم الكابل الكهروضوئي بحيث يظل انخفاض الجهد أقل من 2-3%، ويجب أن تتوافق موصلات MC4 مع معدل جهد النظام، ويتيح لك مسجل البيانات مشاهدة حالة الشحن والإنتاج اليومي من الهاتف بدلاً من المشي إلى جدار المعدات. لا يتكلف أي من هذه الأجزاء الكثير مقارنة بالبطارية، وكل جزء منها يعد مصدرًا شائعًا للأخطاء عند تصميم القيمة.

خارج الشبكة مقابل الشبكة المقيدة مقابل الهجين: ما الذي يتغير بدون الشبكة

تشترك جميع البنى الثلاثة في نفس الفيزياء، لكن البطارية والعاكس يلعبان أدوارًا مختلفة جدًا اعتمادًا على وجود خط المرافق. يلخص الجدول أدناه الاختلافات العملية التي تؤثر على كل من التصميم والميزانية.

التحجيم: حيث تنجح أو تفشل المشاريع خارج الشبكة

إن المالكين المرتبطين بالشبكة الذين يقل حجمهم عن الحجم يشترون ببساطة النقص من المرافق. يحصل أصحاب المناطق خارج الشبكة على منزل مظلم أو مولد كهربائي يعمل كل مساء. يحتوي مثبتات تسلسل الحجم فعليًا على أربع خطوات:

1. تدقيق الحمل. قم بإدراج كل جهاز، وضرب الواط بعدد ساعات التشغيل، وأضف سحب الاستعداد. عادة ما يصل المنزل ذو الكفاءة المتواضعة إلى 8-12 كيلووات في الساعة يوميًا - الثلاجة عند 1.5 كيلووات في الساعة، وإضاءة LED عند 0.5، ومضخة المياه عند 0.8، ودورة الغسالة عند 0.8، والإلكترونيات وجهاز التوجيه عند 0.4 - بالإضافة إلى هامش 20٪ للأحمال التي نسيتها.
2. قم بقياس المصفوفة في أسوأ شهر. كيلووات ساعة يوميًا ÷ (ساعات الذروة للشمس × 0.75 انخفاض معدل النظام). مقابل 10 كيلووات ساعة يوميًا و2.8 ساعة شمس في الشتاء، أي 10 ÷ (2.8 × 0.75)، أو حوالي 4.8 كيلووات من الألواح - من عشرة إلى اثنتي عشرة وحدة بقدرة 450 واط.
3. حجم البنك على الحكم الذاتي. الحمل اليومي × أيام الاستقلالية ÷ عمق التفريغ القابل للاستخدام. لمدة 10 كيلووات ساعة و1.5 يوم من الاستقلالية: 10 × 1.5 ÷ 0.9، أو ما يقرب من 16.7 كيلووات ساعة من سعة الليثيوم المثبتة.
4. قم بتغيير حجم العاكس حسب الطلب الأقصى، وليس الطاقة اليومية. قم بإضافة كل ما يمكن تشغيله في وقت واحد، ثم تحقق من ارتفاع المحرك - تسحب الضواغط والمضخات الطاقة المقدرة مرتين إلى ثلاث مرات عند بدء التشغيل، لذا فإن ذروة 5 كيلو واط في المنزل تبرر عادةً وحدة 6-8 كيلو واط.

إذا كانت العمليات الحسابية تبدو ثقيلة، فإن دليل التصميم خارج الشبكة الخاص بنا خطوة بخطوة يعمل من خلال كل عملية حسابية باستخدام أمثلة حقيقية. وبدلاً من ذلك، تقوم المجموعات المصممة مسبقًا بتجميع الخطوات الأربع في قرار واحد، لأن المصفوفة والعاكس والتخزين تصل بأرقام متطابقة.

مجموعة الطاقة الشمسية خارج الشبكة بقدرة 5 كيلو وات مع تخزين بقدرة 10 كيلو وات في الساعة مجموعة مصممة مسبقًا تجمع بين مصفوفة بقدرة 5 كيلووات وعاكس مع سعة تخزين متطابقة بقدرة 10 كيلووات في الساعة، مما يؤدي إلى دمج خطوات التحجيم في قرار واحد. ما عليك سوى التأكد من اتصال CAN-bus بين العلامات التجارية للعاكس والبطارية قبل الطلب. عرض المنتج →

على سبيل المثال، تناسب مجموعة بقدرة 5 كيلووات مع مساحة تخزين تبلغ 10 كيلووات في الساعة منزلًا مكونًا من شخصين مزودًا بأجهزة فعالة وتدفئة بالغاز أو الخشب. أحد تحذيرات الشراء المستمدة من الخبرة: يعد الخلط بين العلامات التجارية للعاكس والبطاريات دون اتصال CAN-bus المؤكد هو الخطأ الوحيد الأكثر شيوعًا في المواصفات الذي نراه. تعمل الأجهزة عادةً، ولكن يجب التحقق من معلمات الشحن وبروتوكولات المصافحة مقابل ورقتي البيانات، ولا يُفترض ذلك أبدًا.

حيث تكون الطاقة الشمسية خارج الشبكة منطقية - وأين لا تكون كذلك

التكنولوجيا ناضجة. القرار اقتصادي.

• المرشحين الأقوياء: الكبائن والمزارع النائية حيث يكلف تمديد الخط أكثر من النظام بأكمله، ومحطات الاتصالات والأرصاد الجوية، والضخ الزراعي، والمركبات الترفيهية أو القوارب حيث لا توجد شبكة ببساطة.
• حالات الحدود: المنازل المتصلة بشبكات غير موثوقة. يعمل بشكل كامل خارج الشبكة، ولكن النظام الهجين الذي يتعامل مع الشبكة بشكل طبيعي ويعزل أثناء انقطاع التيار يوفر أمانًا مماثلاً مع سعة بطارية أقل.
• يناسب الفقراء: منازل في الضواحي تتمتع بكهرباء مستقرة وغير مكلفة - يظل بنك البطاريات بحجم الاستقلالية نصف خامل معظم أيام العام ولا يسدد أقساط التأمين أبدًا.
• واجب خفيف: للتخييم أو مواقع العمل أو درج الطوارئ المنزلية، تعمل محطة طاقة محمولة بقدرة 700 وات إلى 2000 وات مقترنة بلوحة قابلة للطي بقدرة 100-200 وات على إعادة إنتاج نفس حلقة التوليد والتنظيم والتخزين والتحويل بتنسيق محمول، بدون تثبيت على الإطلاق.

النظام الشمسي خارج الشبكة ليس صندوقًا أسود. إنها عبارة عن أربعة مكونات في حلقة منضبطة - الإنشاء والتنظيم والتخزين والتحويل - مع تحديد كل هامش حسب أسوأ أسبوع من الطقس لديك بدلاً من متوسط ​​يومك. قم بمراجعة الأحمال بأمانة، والتصميم لشهر ديسمبر بدلاً من شهر يوليو، وتأكد من أن البطارية والعاكس يمكنهما التواصل مع بعضهما البعض، وستعمل نفس الحلقة لعقود من الزمن باستخدام الوقود الذي يصل مجانًا كل صباح. إذا كنت تفضل إجراء مطابقة المكونات لك، كتالوجنا تقوم بشحن الألواح والعاكسات الهجينة وتخزين LiFePO4 كمجموعات تم تكوينها مسبقًا عبر فئات طاقة تتراوح من 3 إلى 20 كيلووات، وسيقوم فريقنا بقياس النظام وفقًا لقائمة التحميل الفعلية الخاصة بك بدلاً من القالب العام.