ระบบสุริยะนอกกริดทำงานอย่างไร? อธิบายส่วนประกอบ การไหล และขนาด

ห้องโดยสารอยู่ห่างจากเสาไฟฟ้าสุดท้ายสี่กิโลเมตร และผู้ดำเนินการโครงข่ายต้องการผลรวมห้าหลักต่อกิโลเมตรเพื่อขยายเส้นทาง เมื่อถึงจุดนั้น การผลิตและกักเก็บไฟฟ้าของคุณเองจะหยุดเป็นทางเลือกในการใช้ชีวิตและกลายเป็นเลขคณิตธรรมดา แล้วระบบสุริยะนอกกริดทำงานอย่างไร? โดยพื้นฐานแล้ว ระบบจะวนรอบสี่ขั้นตอนทุกวัน: แผงเซลล์แสงอาทิตย์แปลงแสงแดดเป็นไฟฟ้ากระแสตรง (DC) ตัวควบคุมการชาร์จหรืออินเวอร์เตอร์แบบไฮบริดจะควบคุมกระแสนั้นและกำหนดเส้นทางอย่างปลอดภัย ธนาคารแบตเตอรี่จะจัดเก็บทุกสิ่งที่ครัวเรือนไม่ได้ใช้ทันที และอินเวอร์เตอร์จะแปลง DC ที่เก็บไว้กลับไปเป็นไฟฟ้ากระแสสลับ (AC) ที่แรงดันไฟฟ้าและความถี่ที่เครื่องใช้ไฟฟ้าของคุณคาดหวัง เนื่องจากไม่มีโครงข่ายสาธารณูปโภคคอยอยู่เบื้องหลัง แต่ละขั้นตอนจึงต้องครอบคลุมความต้องการของคุณ 100% ไม่มีการวัดปริมาณสุทธิ ไม่มีโครงข่ายสำรอง และไม่มีโอกาสครั้งที่สองหลังจากพระอาทิตย์ตกดิน

วงจรการทำงาน: สี่ขั้นตอนจากแสงแดดสู่ซ็อกเก็ต

วิธีที่ชัดเจนที่สุดในการทำความเข้าใจเทคโนโลยีคือการติดตามพลังงานหนึ่งหน่วยตลอดทั้งวันปกติ

1. รุ่น. แผงจะผลิตพลังงานไฟฟ้ากระแสตรงทุกครั้งที่มีแสงส่องถึง โมดูลโมโนคริสตัลไลน์ที่ทันสมัยขนาด 450 วัตต์ในยุโรปกลางให้พลังงานประมาณ 1.2–1.6 กิโลวัตต์ชั่วโมงในวันฤดูร้อนที่มีอากาศแจ่มใส แต่เพียง 0.4–0.9 กิโลวัตต์ชั่วโมงในเดือนธันวาคม และช่องว่างตามฤดูกาลดังกล่าวผลักดันกระบวนการออกแบบทั้งหมด
2. ระเบียบข้อบังคับ. วงจร MPPT ของตัวควบคุมการชาร์จจะเก็บอาเรย์ไว้ที่จุดกำลังสูงสุด โดยติดตามภายในประมาณ 1-2% ของค่าที่เหมาะสมตามทฤษฎี และวัดกระแสเข้าสู่แบตเตอรี่ผ่านระยะเทกอง การดูดกลืน และการลอยตัว เพื่อไม่ให้เซลล์มีประจุมากเกินไป
3. พื้นที่จัดเก็บ. พลังงานส่วนเกินจะเต็มแบตเตอรี ในการสร้างที่พักอาศัยปัจจุบันซึ่งหมายถึงลิเธียมเหล็กฟอสเฟต (LiFePO4) บนแพลตฟอร์ม 48 V: ความลึกของการคายประจุที่ใช้งานได้ 90% ขึ้นไป กราฟแรงดันไฟฟ้าแบบคงที่ และอายุการใช้งานของวงจรที่อ้างถึงมากกว่า 6,000 รอบ
4. การแปลง อินเวอร์เตอร์ดึง DC จากแบตเตอรี่และสร้างเอาต์พุต AC แบบคลื่นไซน์บริสุทธิ์ — 230 V/50 Hz ในยุโรป, 120/240 V/60 Hz ในอเมริกาเหนือ — ที่ประสิทธิภาพการแปลง 93–97%

หลังจากที่มืด ลูปจะทำงานย้อนกลับ: แบตเตอรี่จะจ่ายอินเวอร์เตอร์ และอินเวอร์เตอร์จะจ่ายไฟให้กับโรงเรือน เมื่อดวงอาทิตย์กลับมา อาร์เรย์จะชาร์จแบตเตอรีใหม่พร้อมกับบรรทุกสิ่งของในเวลากลางวันไปพร้อมๆ กัน ในช่วงสภาพอากาศที่มีเมฆครึ้มเป็นเวลานาน อินเวอร์เตอร์ไฮบริดส่วนใหญ่ยังยอมรับเครื่องกำเนิดไฟฟ้าสำรองบนอินพุต AC เฉพาะอีกด้วย เครื่องจะซิงโครไนซ์กับเครื่องกำเนิดไฟฟ้าและชาร์จแบตเตอรี่โดยอัตโนมัติ แม้ว่าคุณจะไม่เคยซื้อเครื่องกำเนิดไฟฟ้าก็ตาม โดยระบุว่าทางเข้านั้นมีค่าใช้จ่ายเพียงเล็กน้อยในขณะออกแบบและช่วยเหลือระบบในช่วงเวลาที่เลวร้ายที่สุด

ส่วนประกอบที่ทำงานจริง

กลุ่มส่วนประกอบสี่กลุ่มมีระบบ และแต่ละกลุ่มตอบคำถามทางวิศวกรรมที่แตกต่างกัน

แผงโซลาร์เซลล์: เพดานการผลิต

แผงกำหนดขีดจำกัดบนของทุกสิ่ง โมดูลโมโนคริสตัลไลน์สำหรับที่อยู่อาศัยขณะนี้ขยายประมาณ 400 W ถึง 620 W และรายละเอียดเค้าโครงมีความสำคัญนอกตารางมากกว่าบน: โมดูลสองหน้าที่ติดตั้งบนกรวดสีอ่อนสามารถเก็บผลพิเศษ 5-15% จากการสะท้อนด้านหลัง ในขณะที่ปล่องไฟสีเทาเดียวสามารถระงับเอาท์พุตของสตริงทั้งหมดเป็นเวลาหลายชั่วโมง อาร์เรย์นอกกริดมีขนาดสำหรับเดือนที่เลวร้ายที่สุดของปี ดังนั้นจึงมักบรรทุกแผงมากกว่าหลังคาที่ผูกกับตารางซึ่งให้บริการการบริโภครายวันเท่าเดิม

อินเวอร์เตอร์ไฮบริดพร้อมตัวควบคุมการชาร์จ MPPT ในตัว

ในระบบส่วนใหญ่ที่ติดตั้งในปัจจุบัน ตัวควบคุมและอินเวอร์เตอร์อยู่ในยูนิตไฮบริดตัวเดียว รุ่นเฟสเดียวขนาด 5 kW ทั่วไปยอมรับอินพุต PV 6–8 kW ผ่านตัวติดตาม MPPT อิสระสองตัว ทนแรงดันไฟฟ้าวงจรเปิดได้สูงถึงประมาณ 500–650 V DC และถ่ายโอนไปยังพลังงานแบตเตอรี่ภายในประมาณ 4–10 มิลลิวินาทีเมื่อเอาต์พุตพลังงานแสงอาทิตย์พัง ซึ่งเร็วเพียงพอที่คอมพิวเตอร์จะยังเปิดอยู่และคอมเพรสเซอร์จะไม่หยุดทำงาน แบรนด์ที่ก่อตั้งขึ้น เช่น Deye และ Solis เผยแพร่เวลาในการถ่ายโอน จำนวน MPPT และประสิทธิภาพสูงสุดในเอกสารข้อมูลของตน และตัวเลขทั้งสามนี้สมควรได้รับความสนใจพอๆ กับราคา

Deye SUN-5K-SG03LP1-EU 5kW อินเวอร์เตอร์ไฮบริดเฟสเดียว หน่วยไฮบริดขนาด 5 kW พร้อมตัวติดตาม MPPT คู่และการถ่ายโอนแบตเตอรี่ที่รวดเร็ว ซึ่งเป็นแกนตัวควบคุม-อินเวอร์เตอร์ที่มีการพูดคุยกันต่อหน้าการ์ด เวลาในการโอนที่เผยแพร่ จำนวน MPPT และตัวเลขประสิทธิภาพทำให้คุ้มค่ากับการตรวจสอบเทียบกับราคาของคุณ ดูผลิตภัณฑ์ →

แบตเตอรีแบตเตอรี: ที่ซึ่งความเป็นอิสระดำรงอยู่จริง

แบตเตอรี่เป็นตัวตัดสินว่าคุณจะอยู่ได้นานแค่ไหนโดยไม่มีแสงแดด และ LiFePO4 จะแทนที่กรดตะกั่วด้วยเหตุผลสามประการที่วัดได้: ความจุที่ใช้งานได้ 90–100% เทียบกับประมาณ 50%, รอบการชาร์จหลายพันรอบเทียบกับ 500–1,200 รอบ และแรงดันไฟฟ้าคายประจุคงที่ซึ่งทำให้อินเวอร์เตอร์มีความเสถียรจนกว่าแบตจะหมด Building Block มาตรฐานคือโมดูล 51.2 V, 100 Ah ซึ่งจัดเก็บพลังงานได้ประมาณ 5.12 kWh; ความจุเพิ่มขึ้นโดยการซ้อนหรือวางโมดูลเพิ่มเติม และระบบจัดการแบตเตอรี่ (BMS) ในตัวจะปรับสมดุลเซลล์และตัดการเชื่อมต่อที่ขีดจำกัดที่ปลอดภัย

แบตเตอรี่ Deye SE-F5 Pro 5.12kWh 51.2V LiFePO4 โมดูล LiFePO4 51.2 V, 100 Ah จัดเก็บพลังงานประมาณ 5.12 kWh พร้อมกระแสไฟต่อเนื่อง 100A และการป้องกัน BMS ซึ่งตรงกับแบตเตอรี่แบบเอกสารสำเร็จรูปที่อธิบายไว้ที่นี่ และจะขยายแบบขนานเมื่อความต้องการพื้นที่จัดเก็บข้อมูลของคุณเพิ่มขึ้น ดูผลิตภัณฑ์ →

นักแสดงสมทบก็มีความสำคัญเช่นกัน กล่องรวมสัญญาณ DC จะรวมสายไว้ด้านหลังอินพุตที่หลอมรวม สายเคเบิล PV จะต้องมีขนาดเพื่อให้แรงดันไฟตกต่ำกว่า 2–3% ขั้วต่อ MC4 ต้องตรงกับพิกัดแรงดันไฟฟ้าของระบบ และเครื่องบันทึกข้อมูลช่วยให้คุณดูสถานะการชาร์จและผลผลิตรายวันจากโทรศัพท์ แทนที่จะเดินไปที่ผนังอุปกรณ์ ชิ้นส่วนเหล่านี้ไม่มีต้นทุนมากนักเมื่อเทียบกับแบตเตอรี่ และทุกชิ้นส่วนเป็นสาเหตุของข้อผิดพลาดทั่วไปเมื่อออกแบบทางวิศวกรรมตามคุณค่า

Off-Grid กับ Grid-Tied และ ไฮบริด: สิ่งที่เปลี่ยนแปลงไปหากไม่มี Grid

สถาปัตยกรรมทั้งสามมีหลักฟิสิกส์เหมือนกัน แต่แบตเตอรี่และอินเวอร์เตอร์มีบทบาทที่แตกต่างกันมาก ขึ้นอยู่กับว่ามีสายไฟฟ้าสาธารณูปโภคอยู่หรือไม่ ตารางด้านล่างสรุปความแตกต่างในทางปฏิบัติที่ส่งผลต่อทั้งการออกแบบและงบประมาณ

การกำหนดขนาด: เมื่อโครงการ Off-Grid ประสบความสำเร็จหรือล้มเหลว

เจ้าของที่ผูกมัดกับกริดที่มีขนาดเล็กเพียงซื้อส่วนที่ขาดแคลนจากยูทิลิตี้ เจ้าของนอกระบบจะได้บ้านมืดหรือเครื่องกำเนิดไฟฟ้าทำงานทุกเย็น ตัวติดตั้งลำดับขนาดตามจริงมีสี่ขั้นตอน:

1. ตรวจสอบโหลด แสดงรายการอุปกรณ์ทุกเครื่อง คูณวัตต์ตามชั่วโมงการทำงาน และเพิ่มการสแตนด์บาย บ้านที่มีประสิทธิภาพพอประมาณมักใช้พลังงาน 8-12 kWh ต่อวัน เช่น ตู้เย็นที่ 1.5 kWh ไฟ LED ที่ 0.5 ปั๊มน้ำที่ 0.8 รอบเครื่องซักผ้าที่ 0.8 อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์และเราเตอร์ที่ 0.4 บวกกับส่วนต่าง 20% สำหรับปริมาณผ้าที่คุณลืม
2. ปรับขนาดอาร์เรย์ในเดือนที่เลวร้ายที่สุด kWh รายวัน (ชั่วโมงที่มีดวงอาทิตย์สูงสุด × 0.75 ระบบลดอัตรา) สำหรับ 10 kWh ต่อวันและ 2.8 ชั่วโมงแสงอาทิตย์ในฤดูหนาว นั่นคือ 10 ۞ (2.8 × 0.75) หรือประมาณ 4.8 kW ของแผง — โมดูล 450 W สิบถึงสิบสองโมดูล
3. ขนาดธนาคารในเอกราช โหลดรายวัน × จำนวนวันที่เป็นอิสระ KW ความลึกที่ใช้งานได้ สำหรับการทำงานอิสระ 10 kWh และ 1.5 วัน: 10 × 1.5 ÷ 0.9 หรือประมาณ 16.7 kWh ของความจุลิเธียมที่ติดตั้ง
4. ปรับขนาดอินเวอร์เตอร์ตามความต้องการสูงสุด ไม่ใช่พลังงานรายวัน รวมทุกอย่างที่สามารถทำงานพร้อมกันได้ จากนั้นตรวจสอบกระแสไฟกระชากของมอเตอร์ คอมเพรสเซอร์และปั๊มจะใช้พลังงานพิกัด 2-3 เท่าเมื่อสตาร์ท ดังนั้นปกติแล้วแรงดันไฟฟ้าสูงสุดในครัวเรือน 5 kW จะใช้หน่วย 6-8 kW ได้

หากเลขคณิตดูมีน้ำหนักมาก คู่มือการออกแบบนอกตารางทีละขั้นตอนของเราจะดำเนินการคำนวณแต่ละครั้งด้วยตัวอย่างจริง อีกทางเลือกหนึ่ง ชุดอุปกรณ์ที่ออกแบบไว้ล่วงหน้าจะยุบสี่ขั้นตอนเป็นการตัดสินใจครั้งเดียว เนื่องจากอาร์เรย์ อินเวอร์เตอร์ และอุปกรณ์จัดเก็บข้อมูลมาถึงด้วยหมายเลขที่ตรงกัน

ชุดพลังงานแสงอาทิตย์ Off-Grid ขนาด 5KW พร้อมพื้นที่จัดเก็บ 10KWh ชุดอุปกรณ์ที่ออกแบบไว้ล่วงหน้าจะจับคู่อาร์เรย์และอินเวอร์เตอร์ขนาด 5 kW กับพื้นที่จัดเก็บข้อมูลที่ตรงกันขนาด 10 kWh โดยยุบขั้นตอนการปรับขนาดเป็นการตัดสินใจเพียงครั้งเดียว เพียงยืนยันการสื่อสาร CAN-bus ระหว่างอินเวอร์เตอร์และแบรนด์แบตเตอรี่ก่อนสั่งซื้อ ดูผลิตภัณฑ์ →

ตัวอย่างเช่น ชุดอุปกรณ์ขนาด 5 kW พร้อมพื้นที่จัดเก็บ 10 kWh เหมาะสำหรับครัวเรือนที่มีสองคนซึ่งมีเครื่องใช้ไฟฟ้าที่มีประสิทธิภาพและเครื่องทำความร้อนด้วยแก๊สหรือไม้ คำเตือนการจัดซื้อจัดจ้างประการหนึ่งที่ดึงมาจากประสบการณ์: การผสมอินเวอร์เตอร์และแบตเตอรี่ยี่ห้อโดยไม่มีการสื่อสาร CAN-bus ที่ได้รับการยืนยันถือเป็นความผิดพลาดด้านข้อมูลจำเพาะที่พบบ่อยที่สุดที่เราเห็น โดยปกติฮาร์ดแวร์จะใช้งานได้ แต่พารามิเตอร์การชาร์จและโปรโตคอลการจับมือจะต้องได้รับการตรวจสอบกับเอกสารข้อมูลทั้งสองแผ่น และไม่เคยสันนิษฐานไว้

จุดที่พลังงานแสงอาทิตย์แบบ Off-Grid สมเหตุสมผล — และจุดที่ไม่เหมาะสม

เทคโนโลยีมีความเป็นผู้ใหญ่ การตัดสินใจเป็นเรื่องทางเศรษฐกิจ

• ผู้สมัครที่แข็งแกร่ง: กระท่อมและฟาร์มระยะไกลที่การต่อสายมีค่าใช้จ่ายมากกว่าระบบทั้งหมด สถานีโทรคมนาคมและตรวจอากาศ เครื่องสูบน้ำเพื่อการเกษตร และรถบ้านหรือเรือที่ไม่มีโครงข่ายไฟฟ้า
• กรณีชายแดน: บ้านที่เชื่อมต่อกับกริดที่ไม่น่าเชื่อถือ ใช้งานได้นอกระบบกริดอย่างแท้จริง แต่ระบบไฮบริดที่แลกเปลี่ยนกับกริดตามปกติและเกาะติดกันในระหว่างที่ไฟฟ้าดับ ให้ความปลอดภัยที่คล้ายคลึงกันโดยมีความจุแบตเตอรี่น้อยกว่า
• พอดี: บ้านชานเมืองที่มีไฟฟ้าเสถียรและราคาไม่แพง - แบตเตอรี่สำรองขนาดอัตโนมัติไม่ได้ใช้งานครึ่งหนึ่งเกือบทั้งปีและไม่เคยจ่ายเบี้ยประกันภัยคืนเลย
• งานเบา: สำหรับการตั้งแคมป์ ไซต์งาน หรือลิ้นชักฉุกเฉินในบ้าน โรงไฟฟ้าแบบพกพาขนาด 700 W ถึง 2,000 W ที่จับคู่กับแผงพับขนาด 100–200 W จะสร้างลูปสร้าง-ควบคุม-จัดเก็บ-แปลงแบบเดียวกันในรูปแบบแบบพกพา โดยไม่ต้องติดตั้งเลย

ระบบสุริยะนอกกริดไม่ใช่กล่องดำ มันเป็นองค์ประกอบสี่ประการในลูปที่มีระเบียบวินัย — สร้าง ควบคุม จัดเก็บ แปลง — โดยทุกส่วนที่กำหนดโดยสัปดาห์สภาพอากาศที่เลวร้ายที่สุดของคุณ แทนที่จะเป็นวันโดยเฉลี่ยของคุณ ตรวจสอบโหลดอย่างตรงไปตรงมา ออกแบบสำหรับเดือนธันวาคมแทนที่จะเป็นเดือนกรกฎาคม ยืนยันว่าแบตเตอรี่และอินเวอร์เตอร์สามารถสื่อสารกันได้ และวงจรเดียวกันจะทำงานเป็นเวลาหลายทศวรรษโดยใช้เชื้อเพลิงที่มาถึงฟรีทุกเช้า หากคุณต้องการให้การจับคู่ส่วนประกอบทำเพื่อคุณ แคตตาล็อกของเรา จัดส่งแผง อินเวอร์เตอร์แบบไฮบริด และพื้นที่จัดเก็บ LiFePO4 เป็นชุดที่กำหนดค่าไว้ล่วงหน้าสำหรับประเภทกำลัง 3–20 kW และทีมงานของเราจะกำหนดขนาดระบบให้เทียบกับรายการโหลดจริงของคุณ แทนที่จะเป็นเทมเพลตทั่วไป