Kendi küçük şebeke dışı sisteminiz için uygun konfigürasyonu nasıl hesaplayabilirsiniz?

Dağ kulübenizde, balıkçı teknenizde veya karavanınızda kendi güneş enerjisi sisteminizi kullanarak kamusal şebekeye olan bağımlılıktan kurtulmayı hiç düşündünüz mü?

Aslında bu, yalnızca mühendislerin başarabileceği bir şey değil. Birkaç temel adım ve formüle hakim olduğunuz sürece, kendi küçük şebeke dışı fotovoltaik sisteminiz için uygun konfigürasyonu hesaplayabilirsiniz.

Şebeke dışı güneş enerjisi sistemi, elektrik ihtiyaçlarını karşılamak için kamu şebekesine bağlı olmayan, bunun yerine tamamen fotovoltaik güç üretimi ve pil depolamaya dayanan bağımsız bir sistemi ifade eder. Uzak dağlık alanlar, adalar, kırsal alanlar, karavanlar, balıkçı tekneleri ve şebeke elektriğinin dengesiz olduğu diğer yerlerde kullanım için idealdir.

Aşağıda, gerekli yapılandırmayı hesaplamak için dört adımda size rehberlik edeceğiz.

Adım 1: Fotovoltaik modül gücünü belirleyin

Fotovoltaik panellerin (güneş panelleri) gücü, sisteminizin ne kadar elektrik üretebileceğini belirler.

Temel hesaplama yaklaşımı şudur: öncelikle günlük elektrik talebini belirlemek, ardından bunu yerel iklim koşullarıyla (özellikle güneşlenme süresi) birleştirerek fotovoltaik panellerin toplam gücünü belirlemek.

formül:

Modül gücü = (Günlük elektrik talebi × Sürekli bulutlu gün fazlalık faktörü) ÷ (Yerel ortalama güneşlenme saatleri × Sistem verimliliği)

* Günlük elektrik tüketimi: Tüm cihazların nominal güçlerinin kullanım süresiyle çarpılmasıyla hesaplanır.

Örneğin; LED lambalar 10W × 5 saat = 50Wh, buzdolabı 60W × 24 saat = 1440Wh.

* Sürekli bulutlu gün fazlalık faktörü: Ardışık bulutlu günlerde yetersiz güç üretiminin hesaba katılması için bu faktör genellikle 1.1 ile 1.3 arasına ayarlanır.

* Yerel ortalama günlük güneşlenme süresi: Bu, yerel meteoroloji verilerinden elde edilebilir. Örneğin, Pekin'de günde ortalama yaklaşık 4 saat güneşlenme süresi varken, Hainan'da bu süre 5 saatin üzerinde olabilir.

* Sistem verimliliği: Kablo kayıplarını, kontrolör verimliliğini, invertör kayıplarını vb. hesaba katar ve genellikle 0.75 ile 0.8 arasında ayarlanır.

Örneğin:

Günlük elektrik tüketiminizin 3,000 Wh, yerel ortalama günlük güneşlenme süresinin 4.5 saat, sistem veriminin 0.78 ve sürekli yağışlı gün katsayısının 1.2 olduğu varsayıldığında:

Modül gücü = (3,000 × 1.2) ÷ (4.5 × 0.78) ≈ 1,026 W

Bu, yaklaşık 1 kW toplam güce sahip dört adet 250 W modül gibi fotovoltaik paneller kurmanız gerektiği anlamına gelir.

Adım 2: Şebeke dışı invertör gücünü belirleyin

İnverter, fotovoltaik panellerden veya pillerden gelen doğru akımı (DC) sıradan ev aletlerinin kullanabileceği alternatif akıma (AC) dönüştürür.

Özellikle endüktif yüklerin (motorlu ekipman) giriş akımları dikkate alındığında, gücü maksimum anlık güç talebinizi karşılayacak yeterlilikte olmalıdır.

formül:

İnverter gücü = (Toplam dirençli yük gücü + Toplam endüktif yük gücü × 5) × Marj faktörü ÷ Güç faktörü

* Rezistif yükler: Ampul, elektrikli su ısıtıcısı ve fırın gibi rezistif cihazlar.

* Endüktif yükler: Buzdolabı, su pompası, klima vb. gibi motorlu veya kompresörlü ekipmanlar. Başlatma sırasındaki anlık güç, nominal gücün 5-7 katı olabilir.

* Güvenlik faktörü: Genellikle bir marj sağlamak için 1.2-1.5 olarak ayarlanır.

* Güç faktörü: Genellikle 0.8–0.9 olarak ayarlanır.

Örnek:

200 W'lık bir aydınlatma armatürünüz (rezistif yük), 100 W'lık bir buzdolabınız (endüktif yük), 1.3'lük bir marj faktörünüz ve 0.85'lik bir güç faktörünüz olduğunu varsayarsak:

İnverter gücü = (200 + 100 × 5) × 1.3 ÷ 0.85

≈ (200 + 500) × 1.3 ÷ 0.85

≈ 700 × 1.3 ÷ 0.85

≈ 1070 W

Minimum 1.1 kW kapasiteli bir invertöre ihtiyacınız olacak ve daha fazla stabilite için 1.5 kW'lık bir model seçmeniz önerilir.

Adım 3: Pil kapasitesini belirleyin

Akü, şebekeden bağımsız sistemin "güç depolaması"dır ve geceleri veya bulutlu günlerde kullanılan elektrik öncelikle aküden sağlanır. Kapasite, kesintisiz güç kaynağına ihtiyaç duyduğunuz gün sayısına ve günlük elektrik tüketimine bağlıdır.

formül:

Pil kapasitesi (Ah) = (Günlük elektrik tüketimi × Bulutlu günlerde güç sağlanan gün sayısı) ÷ (Deşarj derinliği × Şarj/deşarj verimliliği × Pil takımı voltajı)

* Deşarj Derinliği (DOD): Kurşun-asit piller için 0.5-0.6 DOD önerilir; lityum piller için 0.8-0.9 DOD kabul edilebilir.

* Şarj/Deşarj Verimliliği: Genellikle 0.85–0.9 olarak ayarlanır.

* Akü Bankası Voltajı: Yaygın voltajlar 12V, 24V ve 48V'dur; daha yüksek güç gereksinimleri için daha yüksek voltajlar önerilir.

Örnek:

Günlük 3000Wh kullandığınızı ve 2 günlük bulutlu hava için güç sağlamak istediğinizi varsayarak, 48V lityum pil (DOD=0.9, verim=0.9) kullanarak:

Pil kapasitesi = (3000 × 2) ÷ (0.9 × 0.9 × 48)

≈ 6000 ÷ 38.88

≈ 154 Ah

48V 154Ah (yaklaşık 7.4kWh) akü paketine ihtiyacınız olacak.

Adım 4: Denetleyici özelliklerini belirleyin

Fotovoltaik kontrolör, fotovoltaik modüllerden aküye şarj sürecini düzenler.

Özellikleri öncelikle aşağıdaki formül kullanılarak hesaplanan maksimum giriş akımına bağlıdır:

formül:

Kontrolör giriş akımı = Fotovoltaik modüllerin maksimum gücü ÷ Pil paketi voltajı

Örneğin, fotovoltaik panellerinizin toplam gücü 1000W ve pil takımı voltajı 48V ise:

Kontrolör giriş akımı = 1000 ÷ 48 ≈ 20.8A

Bu nedenle, giriş akımı 21A'den büyük, genellikle MPPT tipi (daha yüksek verimlilik, bulutlu günlerde daha avantajlı) bir kontrolör seçmeniz gerekir.

Pratik ipuçları

1. Bir marj bırakın: Ekipmanın ömrü ve operasyonel istikrarı uygun yedeklilik tasarımına bağlıdır; parametreleri çok katı bir şekilde sabitlemeyin.
2. MPPT, PWM'den üstündür: MPPT kontrolörleri biraz daha pahalı olmasına rağmen, özellikle dengesiz aydınlatma koşullarında daha yüksek güç üretim verimliliği sunarlar.
3. Lityum iyon pillere öncelik verin: Kompakt, hafif ve derin deşarja uygun oldukları için uzun vadede maliyet tasarrufu sağlarlar.
4. Gelecekteki genişlemeyi planlayın: Gelecekte daha fazla cihaz eklemeyi düşünüyorsanız, hem fotovoltaik sistem hem de piller için yeterli arayüz kapasitesi olduğundan emin olun.

Küçük bir şebekeden bağımsız fotovoltaik sistem tasarlamanın özü, sadece "birkaç panel ve pil satın alıp" işi bitirmek yerine, gerçek ihtiyaçlara göre konfigürasyonu hassas bir şekilde hesaplamakta yatar.

Bu 4 formülü öğrenin:

1. Fotovoltaik modül güç formülü
2. İnverter güç formülü
3. Pil kapasitesi formülü
4. Denetleyici giriş akımı formülü

Daha sonra hem yeterli hem de kararlı olan küçük bir şebeke dışı sistem için bir konfigürasyon hesaplayabilirsiniz.

İlk kez tasarım yaparken, formül sonuçlarına göre %10-20 oranında ekstra bir marj ekleyebilirsiniz; bu sayede hava değişikliklerini ve ekipman genişlemesini yönetmede daha fazla esneklik sağlayabilirsiniz.