Batterien Für Eigenständige Solarstromsysteme: Dimensionierung Von Batteriebänken

Teil 1 von 4

Zuvor haben wir hier bei Solar Choice etwas über einige Dinge geschrieben, die Sie berücksichtigen müssen, wenn Sie über die Installation eines netzunabhängigen (oder eigenständigen) Stromversorgungssystems in Ihrem Zuhause nachdenken. Es gibt eine Reihe von Gründen, warum Sie ein netzunabhängiges System installieren möchten. Der offensichtlichste, aber wichtigste davon ist, dass Sie in einer abgelegenen Gegend abseits des Stromnetzes leben und eine zuverlässige, kostengünstige Stromquelle benötigen Führen Sie Ihr Zuhause.

Der Hauptunterschied zwischen einem netzgekoppelten System und einem netzunabhängigen System besteht in der Notwendigkeit einer Batteriebank. Da nachts kein Sonnenlicht verfügbar ist und Sie wahrscheinlich nachts Strom für Licht, Heizung usw. benötigen, sind Batterien für jedes netzunabhängige System unverzichtbar, und manche Menschen möchten sie vielleicht sogar in einem Netz haben. angeschlossenen System im Falle eines Stromausfalls. Leider sind Batterien oft auch der problematischste und teuerste Teil eines Systems. Während eine typische Photovoltaikanlage (PV/Solarenergie) selbst relativ wenig Wartung erfordert (abgesehen von gelegentlicher Reinigung!) und keine beweglichen Teile enthält, ist bei der Auswahl, Installation und Wartung der Batterie höchste Sorgfalt erforderlich. Eine falsche Bewegung kann die Leistung Ihrer Batterien erheblich beeinträchtigen und zu kostspieligen Reparaturrechnungen führen.

Dieser Eintrag, ein grobes Tutorial zur Dimensionierung einer Batteriebank, ist der erste einer Reihe von vier Einträgen zum Thema Batterien. In den folgenden Einträgen werden folgende Themen behandelt: verfügbare und typischerweise verwendete Batterietypen, Wartung von Blei-Säure-Batterien sowie die verschiedenen Arten eigenständiger Systemkonfigurationen und ihre besonderen Überlegungen.

Woher weiß ich, welche Batteriebankgröße ich benötige?

Solar Choice kann Ihnen den Kontakt zu einem akkreditierten Installateur vermitteln, der Sie speziell auf Ihre Umstände genauer beraten kann. Die erforderliche Batteriebankkapazität hängt jedoch zunächst von Ihrem typischen täglichen Spitzenenergiebedarf und der Größe Ihrer PV-Anlage ab. Wie viel Energie verbrauchen Sie pro Tag und deckt Ihre PV-Anlage diesen Bedarf am kürzesten Tag des Jahres, an dem am wenigsten Sonnenlicht zur Verfügung steht? Wenn die Antwort „Nein“ lautet, müssen Sie täglich einen Generator oder eine andere Stromquelle betreiben, um die Differenz auszugleichen.

Selbst wenn die Antwort „Ja“ lautet, müssen Sie jedoch mit dem Schlimmsten rechnen, indem Sie Ihre Batteriebank überdimensionieren, sodass Sie über genügend Batteriekapazität verfügen, um eine längere Phase schlechten Wetters zu überstehen – bis zu 10 Tage, wenn Sie es wirklich sind paranoid! Der eigentliche Vorteil eines solchen Systems besteht darin, dass es sich hinsichtlich der Verkabelung um ein recht einfaches System handelt und Sie sich keine Gedanken über den Ausgleich der Batteriebank durch den Betrieb eines Generators machen müssen (siehe den nächsten Eintrag zur Batteriewartung). Außerdem können Sie vor Ihren grünen Freunden und Nachbarn damit prahlen, dass Ihr Zuhause kein Sklave fossiler Brennstoffe ist. Der Nachteil besteht jedoch darin, dass Sie warten müssen, wenn in Ihrem System etwas schief geht, beispielsweise wenn Ihnen nach zwei aufeinanderfolgenden Regenwochen der Saft ausgeht oder wenn ein Kurzschluss auftritt, der Ihre Batterien unbemerkt entlädt Die Sonne kommt zum Vorschein und lädt Ihre Batterien wieder auf. In der Zwischenzeit sind Sie machtlos.

Der Vorteil, einen Generator an Ihr netzunabhängiges System angeschlossen zu haben, liegt daher ziemlich auf der Hand: Wenn die Sonne Sie im Stich lässt, haben Sie einen Backup-Plan zum Aufladen Ihrer Batterien. Wir werden dieses Thema im kommenden Beitrag zur Batteriewartung behandeln.

Im Folgenden finden Sie eine grobe Schätzung der Größe des PV-Arrays und der Batteriebank, die Sie für ein eigenständiges System benötigen. Es ist ein wenig technisch, aber die Konzepte sind nicht allzu kompliziert, und wenn Sie es durchlesen, erhalten Sie eine Vorstellung davon, was Sie bei der Dimensionierung Ihrer Batteriebank berücksichtigen müssen.

1. Teilen Sie Ihr Energieverbrauchsverhalten grob in zwei Jahreszeiten auf – Sie können dies beispielsweise tun, indem Sie sich alte Stromrechnungen für Sommer und Winter ansehen. Es muss nicht genau sein. Nehmen wir an, Ihr täglicher durchschnittlicher Stromverbrauch beträgt im Sommer (Okt.–April) 3 kWh/Tag und im Winter (Mai–Sept.), wenn Sie eine Heizung, eine Heizdecke oder ähnliches betreiben, 3,5 kWh/Tag.

2. Ermitteln Sie die durchschnittliche Anzahl der Spitzensonnenstunden (PSH, ein Maß für die verfügbare Sonnenenergie, über die Sie hier mehr erfahren können), die Ihre Region an einem typischen Tag für jeden Monat des Jahres hat. Nehmen wir an, Sie befinden sich in einer ländlichen Gegend auf ungefähr dem gleichen Breitengrad wie Brisbane, wo der Monat Juni mit 4,1 PSH (= 4,1 kWh/m2) die geringste tägliche Sonneneinstrahlung ist. (Dieser „schlimmste Monat“ liegt in der Regel im Winter, könnte aber auch im Sommer sein, wenn Sie in einem tropischen Klima eine Klimaanlage benötigen.)

3. Anhand dieser Daten können Sie berechnen, welcher Monat im Verhältnis zu Ihrer Winterbelastung die schlechteste Einstrahlung (Sonnenlicht pro Tag) aufweist. Es ist notwendig, Ihr System darauf auszurichten, um sicherzustellen, dass Ihnen nicht unerwartet der Saft ausgeht.

4. Der nächste Schritt (Dimensionierung des PV-Arrays) geht über den Rahmen dieses Blogs hinaus und umfasst unter anderem die Reduzierung von Temperatur und Schmutz – jemand kann Ihnen bei den technischen Aspekten dabei helfen. Auf jeden Fall beträgt in unserem Szenario Ihre typische Tageslast für den Monat 3,5 kWh, und an einem durchschnittlichen Tag im Juni an Ihrem Standort erreichen Sie etwa 4,1 PSH. Nehmen wir an, Sie haben eine 4-kW-PV-Anlage. Als Faustregel gilt, dass die Spannung eines Arrays typischerweise 12 V für Arrays unter 1 kW, 24 V für Arrays zwischen 1 und 3,5 oder 4 kW und 48 V für Arrays über 4 kW beträgt. Wählen wir ein 48-V-System.

5. Jetzt beginnt der Akkuspaß. Wie viele Tage Autonomie möchten Sie einplanen; Das heißt, wie viele Tage werden Sie Ihrer Meinung nach ohne Sonnenlicht verbringen müssen? Wählen wir für unser Szenario 7 Tage Autonomie aus. 3,5 kWh * 7 Tage = 24,5 kWh

6. Batterien sind bei der Speicherung und Abgabe von Energie natürlich nicht perfekt effizient, und Sie müssen sie um etwa 10 % herabsetzen, um sie zu „überdimensionieren“, zuzüglich etwaiger Herabsetzungen, die der Hersteller für Temperaturunterschiede von den Standardbetriebsbedingungen empfiehlt (angenommen). hier unbedeutend sein.) 24,5 kWh * 1,10 = 27,2 kWh.

7. Da eine übermäßige Entladung der Batterien ihre Lebensdauer verkürzt, ist es notwendig, eine maximale Entladetiefe (DOD) für die Batterien festzulegen, typischerweise 30 % (obwohl wir in diesem Beispiel 70 % verwenden – was in der Praxis nicht empfohlen wird*). Dies ist im Grunde genommen wieder eine Überdimensionierung Ihrer Batteriebank. 27,2 kWh / 0,7 = 38,8 kWh. Wenn wir dies durch die Systemspannung dividieren, erhalten wir 38.800 Wh / 48 V = 808 Ah. Dies ist ungefähr die Kapazität, die unsere Batteriebank haben soll.

8. Aber wir sind noch nicht fertig! Die Batteriekapazität wird in Amperestunden (Ah) gemessen, da die Spannung (V) für Batteriezellen typischerweise 2 V, 4 V oder 6 V beträgt. (Ampere * Volt = Watt und Amperestunden * Volt = Wattstunden, als Referenz). Die Batteriekapazität variiert je nach Entladerate (Stromstärke). Wenn Sie mehrere Geräte gleichzeitig verwenden (d. h. mit einer höheren Stromstärke), verbrauchen Sie tatsächlich mehr gespeicherte Energie (d. h. bei einer höheren Entladungsrate), als wenn Sie sie einzeln und nacheinander für genau die gleiche Zeitspanne verwenden würden (d. h. mit einer höheren Stromstärke). geringere Entladungsrate). Aus diesem Grund sehen Sie Batterien, die nicht mit einer Ah-Bewertung bewertet sind, sondern typischerweise mit 4 oder 5, gekennzeichnet durch ein C, gefolgt von einer Zahl in tiefgestellten Buchstaben: C5, C10, C20, C50, C100 usw. Diese Zahl gibt an, wie lange die Die Batterie wird mit einer bestimmten Entladestromstärke betrieben, die normalerweise in einer Tabelle wie der folgenden angegeben wird.

Batteriekapazität

9. Im nächsten Schritt müssen Sie sich vorstellen, welche Geräte in Ihrem Zuhause gleichzeitig in Betrieb sein könnten, in Watt und dann durch die Spannung Ihres Systems dividieren. Nehmen wir an, dass einige Lichter, Ihr Gefrierschrank, Ihr Kühlschrank und der Fernseher oft gleichzeitig eingeschaltet sind und eine Gesamtleistung von 867 W haben. Da das Array 48 V hat, bedeutet dies, dass wir 867 W / 48 V = 18,2 A haben. 18,2 Ampere ist unsere typische Entladungsrate, nur um auf der sicheren Seite zu sein.

10. Die Spannung addiert sich der Reihe nach. Wenn wir also 24 2-V-Zellen wählen, haben wir 48 V, müssen aber immer noch eine Batterie basierend auf der Entladerate auswählen. Da wir in Schritt 7 festgestellt haben, dass wir eine Batteriebank mit 808 Ah benötigen, und in Schritt 10, dass unsere typische Entladerate 18,2 A beträgt, können wir jetzt eine Batterie auswählen, die uns das liefert, was wir wollen. 808Ah / 18,2A = 44,39h. Wir wollen eine Batterie, die uns bei der Nennleistung C45 oder C50 etwa 800 Ah liefert. Glücklicherweise entspricht das oben hervorgehobene Modell genau unseren Vorstellungen.

Im nächsten Teil dieser Reihe von Batterieeinträgen geht es um verschiedene Batterietypen.

Quelle:

*Text in Klammern hinzugefügt am 23. Mai 2013. Vielen Dank an Michael O’Connell für den Hinweis auf die Inkonsistenz in den Berechnungen.