Полное руководство по проектированию и настройке жилых фотоэлектрических систем хранения энергии

Бытовая фотоэлектрическая система накопления энергии (ФЭ) состоит в основном из фотоэлектрических модулей, аккумуляторных батарей, инверторов, приборов учета и систем мониторинга. Её цель — достижение энергетической самодостаточности, снижение затрат на электроэнергию, снижение выбросов углерода и повышение надёжности электроснабжения. Настройка бытовой фотоэлектрической системы накопления энергии — это комплексный процесс, требующий тщательного учёта различных факторов для обеспечения эффективной и стабильной работы.

I. Обзор бытовых фотоэлектрических систем хранения энергии

Перед началом настройки системы необходимо измерить сопротивление изоляции постоянного тока между входной клеммой солнечной батареи и заземлением. Если сопротивление меньше U…/30 мА (где U… — максимальное выходное напряжение солнечной батареи), необходимо принять дополнительные меры по заземлению или изоляции.

Основные функции бытовых фотоэлектрических систем хранения энергии включают в себя:

• Самопотребление: Использование солнечной энергии для удовлетворения потребностей домохозяйств в энергии.
• Сглаживание пиков и заполнение долин: Балансировка потребления энергии в разное время для экономии затрат на электроэнергию.
• Резервное питание: Обеспечение надежного энергоснабжения во время отключений электроэнергии.
• Аварийное электроснабжение: Поддержка критических нагрузок при сбоях в электросети.

Процесс конфигурирования включает анализ потребностей пользователя в энергии, проектирование фотоэлектрических систем и систем хранения энергии, выбор компонентов, подготовку планов установки и описание мер по эксплуатации и техническому обслуживанию.

II. Анализ спроса и планирование

Анализ спроса на энергию

Подробный анализ спроса на энергию имеет решающее значение, включая:

• Профилирование нагрузки: Определение требований к мощности различных приборов.
• Ежедневное потребление: Определение среднего потребления электроэнергии в течение дня и ночи.
• Цены на электроэнергию: Понимание структуры тарифов для оптимизации системы с целью экономии средств.

Пример исследования

• Профиль пользователя:
  • Общая подключенная мощность: 8,2 кВт
  • Критическая нагрузка: 3,6 кВт
  • Потребление энергии в дневное время: 10 кВт·ч
  • Ночное потребление энергии: 20 кВт·ч
• Системный план:
  • Установите гибридную систему с накопителем энергии, в которой дневная генерация энергии будет покрывать потребности нагрузки, а излишки энергии будут накапливаться в аккумуляторах для использования в ночное время. Сеть будет выступать в качестве дополнительного источника энергии, когда мощности фотоэлектрических систем и накопителей недостаточно.

• III. Конфигурация системы и выбор компонентов

  1. Проектирование фотоэлектрической системы

  • Размер системы: Исходя из нагрузки пользователя 8,2 кВт и ежедневного потребления 30 кВт⋅ч, рекомендуется использовать фотоэлектрическую установку мощностью 12 кВт. Эта установка способна генерировать около 36 кВт⋅ч в день для удовлетворения спроса.
  • Фотоэлектрические модули: Используйте 21 монокристаллический модуль мощностью 580 Вт/пик, что обеспечивает установленную мощность 12,18 кВт/пик. Обеспечьте оптимальное расположение для максимального проникновения солнечного света.

  Максимальная мощность Pmax [Вт]	575	580	585	590	595	600
  Оптимальное рабочее напряжение Vmp [В]	43.73	43.88	44.02	44.17	44.31	44.45
  Оптимальный рабочий ток Imp [A]	13.15	13.22	13.29	13.36	13.43	13.50
  Напряжение холостого хода Voc [В]	52.30	52.50	52.70	52.90	53.10	53.30
  Ток короткого замыкания Isc [А]	13.89	13.95	14.01	14.07	14.13	14.19
  Эффективность модуля [%]	22.3	22.5	22.7	22.8	23.0	23.2
  Допуск выходной мощности	0~+3%
  Температурный коэффициент максимальной мощности[Pmax]	-0,29%/℃
  Температурный коэффициент напряжения холостого хода [Voc]	-0,25%/℃
  Температурный коэффициент тока короткого замыкания [Isc]	0,045%/℃
  Стандартные условия испытаний (STC): интенсивность света 1000 Вт/м², температура батареи 25 ℃, качество воздуха 1,5

  2. Система хранения энергии

  • Емкость аккумулятора: Сконфигурируйте систему литий-железо-фосфатных аккумуляторов (LiFePO4) ёмкостью 25,6 кВт·ч. Такая ёмкость обеспечивает достаточное резервное питание критически важных нагрузок (3,6 кВт) в течение примерно 7 часов во время отключений электроэнергии.
  • Модули аккумуляторных батарей: Используйте модульные, штабелируемые конструкции с корпусами со степенью защиты IP65 для установки внутри и снаружи помещений. Ёмкость каждого модуля составляет 2,56 кВт⋅ч, а 10 модулей образуют полную систему.

  3. Выбор инвертора

  • Гибридный инвертор: Используйте гибридный инвертор мощностью 10 кВт со встроенными функциями управления фотоэлектрическими системами и накопителями. Основные характеристики:
    • Максимальная мощность фотоэлектрических систем: 15 кВт
    • Выходная мощность: 10 кВт как для работы от сети, так и для автономной работы
    • Защита: степень защиты IP65 со временем переключения между сетью и автономным режимом работы <10 мс

  4. Выбор фотоэлектрического кабеля

  Фотоэлектрические кабели соединяют солнечные модули с инвертором или распределительным щитом. Они должны выдерживать высокие температуры, воздействие ультрафиолета и погодные условия.

  • EN 50618 H1Z2Z2-K:
    • Одножильный, рассчитанный на 1,5 кВ постоянного тока, с превосходной стойкостью к ультрафиолетовому излучению и атмосферным воздействиям.
  • TÜV PV1-F:
    • Гибкий, негорючий, с широким диапазоном температур (-40°С до +90°С).
  • Фотоэлектрический провод UL 4703:
    • Двойная изоляция, идеально подходит для систем, устанавливаемых на крыше и на земле.
  • Плавающий солнечный кабель AD8:
    • Водонепроницаемый и защищённый от влаги, подходит для использования во влажных и водных средах.
  • Солнечный кабель с алюминиевым сердечником:
    • Легкий и экономичный, используется в крупномасштабных установках.

  5. Выбор кабеля для хранения энергии

  Кабели для хранения данных соединяют аккумуляторы с инверторами. Они должны выдерживать высокие токи, обеспечивать термостабильность и сохранять электрическую целостность.

  • Кабели UL10269 и UL11627:
    • Тонкостенный, изолированный, огнестойкий и компактный.
  • Кабели с изоляцией из сшитого полиэтилена:
    • Высоковольтная (до 1500 В постоянного тока) и тепловая стойкость.
  • Высоковольтные кабели постоянного тока:
    • Предназначен для соединения аккумуляторных модулей и высоковольтных шин.

  Рекомендуемые характеристики кабеля

  Тип кабеля	Рекомендуемая модель	Приложение
  Фотоэлектрический кабель	EN 50618 H1Z2Z2-K	Подключение фотоэлектрических модулей к инвертору.
  Фотоэлектрический кабель	Фотоэлектрический провод UL 4703	Монтаж на крыше, требующий высокой изоляции.
  Кабель для хранения энергии	UL 10269, UL 11627	Компактные аккумуляторные соединения.
  Экранированный кабель для хранения	Кабель аккумуляторной батареи с экранированием от электромагнитных помех	Уменьшение помех в чувствительных системах.
  Высоковольтный кабель	Кабель с изоляцией из сшитого полиэтилена	Сильноточные соединения в аккумуляторных системах.
  Плавающий фотоэлектрический кабель	Плавающий солнечный кабель AD8	Водоопасные или влажные среды.

IV. Системная интеграция

Интегрируйте фотоэлектрические модули, накопители энергии и инверторы в комплексную систему:

1. Фотоэлектрическая система: Спроектируйте компоновку модуля и обеспечьте структурную безопасность с помощью соответствующих систем крепления.
2. Хранение энергии: Установите модульные батареи с надлежащей интеграцией BMS (системы управления батареями) для мониторинга в режиме реального времени.
3. Гибридный инвертор: Подключите фотоэлектрические массивы и аккумуляторы к инвертору для бесперебойного управления электроэнергией.

V. Установка и обслуживание

Установка:

• Оценка участка: Проверьте крыши или участки земли на предмет совместимости конструкций и воздействия солнечного света.
• Установка оборудования: надежно закрепите фотоэлектрические модули, батареи и инверторы.
• Системное тестирование: Проверьте электрические соединения и проведите функциональные испытания.

Обслуживание:

• Плановые проверки: Проверьте кабели, модули и инверторы на предмет износа или повреждений.
• Уборка: Регулярно очищайте фотоэлектрические модули для поддержания их эффективности.
• Удаленный мониторинг: Используйте программные инструменты для отслеживания производительности системы и оптимизации настроек.

VI. Заключение

Правильно спроектированная бытовая фотоэлектрическая система накопления энергии обеспечивает экономию энергии, экологичность и надежность электроснабжения. Тщательный выбор компонентов, таких как фотоэлектрические модули, аккумуляторные батареи, инверторы и кабели, гарантирует эффективность и долговечность системы. При правильном планировании

Благодаря протоколам установки и обслуживания владельцы домов могут получить максимальную выгоду от своих инвестиций.