Instalacje fotowoltaiczne typu wyspowego (off-grid) zyskują ostatnio na znaczeniu. Wynika to zarówno z problemów z przyłączaniem nowych systemów do sieci energetycznej, jak i ze wzrostu popularności domowych magazynów energii. W odróżnieniu do instalacji typu on-grid, instalacja wyspowa nie wymaga drugiego licznika energii ani rozliczania się z zakładem energetycznym za energię wprowadzoną do sieci. W skrajnym przypadku nie wymaga nawet zakładania działalności gospodarczej. Ma jednak pewne ograniczenia w korzystaniu z energii.
Charakterystyka Systemów Off-Grid
System wyspowy w pełni autonomiczny jest w stanie wytwarzać tylko energię elektryczną czynną. Nie produkuje natomiast mocy biernej, która jest niezbędna do zasilania wielu urządzeń i maszyn elektrycznych. Koszt instalacji wyspowej gwałtownie też rośnie wraz ze wzrostem mocy i wymagań ze strony urządzeń domowych (np. pomp c.o.).
Fotowoltaika Off grid i Ongrid. magazyn energii
Wyzwania w Projektowaniu Instalacji Off-Grid
Projektowanie instalacji typu off-grid jest często intuicyjne. Trudno w tym wypadku przewidzieć wszystkie konsekwencje jej działania w przyszłości. Instalacja elektryczna w domu jest w większości przypadków mobilna pod względem poboru mocy. Wraz ze wzrostem dochodów mieszkańców, zakupem nowych urządzeń domowych (komputery, mikrofalówki, zmywarki do naczyń, odkurzacze, suszarki, lokówki itp.) zmienia się zapotrzebowanie na moc ze strony instalacji.
Moc Dostępna i Rozbudowa
W przypadku systemów podłączonych do sieci energetycznej, dostępna moc widnieje zawsze na umowie z zakładem energetycznym i wynosi w przypadku domków jednorodzinnych zwykle 10-16 kW. Dla instalacji PV wyspowej dostępna moc raczej maleje z wiekiem paneli i wiąże się z ich stopniowym starzeniem. Rozbudowa instalacji o nowe jednostki jest z kolei bardzo skomplikowana i wiąże się z wymianą także innych komponentów instalacji, często bardzo drogich. Przeprojektowywanie systemów z myślą o zwiększonym zapotrzebowaniu na moc w przyszłości jest błędne i może prowadzić do wadliwego jej działania. Wybór instalacji wyspowej jako systemu autonomicznego musi być więc przemyślany i brać pod uwagę wszystkie konsekwencje w przyszłości.
Dla przykładu, jeśli w domu nie ma odkurzacza, a wszystkie narzędzia mają napęd akumulatorowy, a w ogrodzie kosiarka jest spalinowa, to w skrajnej sytuacji, gdy wszystkie domowe urządzenia pracują jednocześnie, pobór mocy chwilowy wyniesie 380W.
Analiza Nasłonecznienia i Ustawienia Paneli
Nasza instalacja będzie pracować głównie w miesiącach letnich, od czerwca do września. Dla tego okresu średnie nasłonecznienie jest większe niż średnioroczne dla danego obszaru. Poniżej podano wyniki nasłonecznienia dla Krakowa:
Z powyższego wykresu wynika, że w najlepszym miesiącu, lipcu, nasłonecznienie sięga 168/31 = 5,42 kWh/dobę. We wrześniu wynosi 100/30 = 3,33 kWh/dobę. Średnio dla całego czteromiesięcznego okresu wyniesie 4,73 kWh/dobę. Teoretycznie obliczenia powinniśmy prowadzić dla najsłabszego okresu, czyli dla września. Jednak wtedy instalacja zostanie mocno przewymiarowana. Korzystniej jest przyjąć średnią czteromiesięczną. Przyjmijmy do dalszych obliczeń, że panele będą ustawione na południe i nachylone pod kątem 45 stopni, stąd współczynnik Z1 wyniesie 1,12.
Dobór Komponentów: Regulator Ładowania i Akumulatory
Dobrano regulator ładowania o dopuszczalnym natężeniu na wejściu 40A i maksymalnym napięciu stringu 50V. Przyjęto, że w naszej instalacji zostaną zamontowane akumulatory 24V. Pojemność akumulatorów zależy od wielu czynników. Poniżej zostaną zaprezentowane różne metody liczenia pojemności baterii, uwzględniające zalecenia producenta akumulatorów, wielkości kompensacji energii, a także dobranej przetwornicy napięcia.
- Akumulator nie powinien być zbytnio rozładowywany. Procent rozładowania akumulatora wpływa na maksymalną ilość cykli ładowania i rozładowania, jakie może wytrzymać.
Pojemność można też obliczyć ze wzoru na czas pracy akumulatora, przy czym w naszym przypadku czas ten jest trudny do określenia. Akumulator zasila przez 5 godzin telewizor o małej mocy, a przez jakąś część doby lodówkę. Trudno określić, jaką moc i przez ile godzin podaje akumulator.
Wymagania Dotyczące Prądu Ładowania i Rozładowania
Akumulator musi być ładowany prądem stałym, którego wartość powinna zawierać się w granicach 0,1-0,3C, gdzie C jest pojemnością akumulatora. Biorąc pod uwagę minimalny prąd ładowania, można wyznaczyć maksymalną dopuszczalną pojemność akumulatorów. Dla większości jednostek sprzedawanych na rynku minimalny prąd nie może być mniejszy niż 0,05C. Trzeba tutaj założyć kolejny skrajny warunek, że w czasie ładowania wystąpi słabsze oświetlenie i wydajność prądowa paneli wyniesie tylko 50% warunków STC.
Dobór Przetwornicy Napięcia
Przetwornica napięcia powinna być tak dobrana, aby zapewniła wymagany prąd dla skrajnego przypadku (wszystkie urządzenia pracują). Często należy też wziąć pod uwagę wymagany prąd rozruchowy poszczególnych urządzeń, który może być wielokrotnie większy od prądu pracy. Biorąc pod uwagę powyższe, zaleca się, aby moc przetwornicy była do 50% wyższa od mocy urządzeń. Z naszych obliczeń wynika, że do opisywanej instalacji należy dobrać akumulatory o minimalnej pojemności 201,4Ah i nie większej niż 346,8Ah.