Batterijen voor zelfstandige zonne-energiesystemen: de afmetingen van batterijbanken

Deel 1 van 4

We schreven hier bij Solar Choice eerder over enkele dingen waarmee u rekening moet houden als u overweegt een off-grid (of zelfstandig) energiesysteem bij u thuis te installeren. Er zijn een aantal redenen waarom u een off-grid systeem zou willen installeren. De meest voor de hand liggende, maar belangrijke hiervan is dat u in een afgelegen gebied woont waar geen elektriciteitsnet aanwezig is en dat u een betrouwbare, goedkope elektriciteitsbron nodig heeft om uw huis te laten draaien.

Het belangrijkste verschil tussen een netgekoppeld systeem en een off-grid systeem is de behoefte aan een batterijbank. Omdat er ‘s nachts geen zonlicht beschikbaar is en u ‘s nachts waarschijnlijk stroom nodig heeft voor verlichting, verwarming, enz., zijn batterijen essentieel voor elk off-grid systeem en sommige mensen willen ze misschien zelfs op een elektriciteitsnet hebben. aangesloten systeem in geval van een stroomstoring. Helaas zijn batterijen ook vaak het meest problematische en dure onderdeel van een systeem. Hoewel een typisch fotovoltaïsch systeem (PV/zonne-energie) zelf relatief weinig onderhoud vergt (behalve af en toe schoonmaken!) en geen bewegende delen bevat, is de grootst mogelijke zorg vereist bij het selecteren, installeren en onderhouden van de batterij. Eén verkeerde beweging kan de prestaties van uw batterijen aanzienlijk beïnvloeden en tot dure reparatiekosten leiden.

Dit artikel, een ruwe tutorial over het dimensioneren van een batterijbank, is het eerste in een reeks van vier artikelen over batterijen. De volgende artikelen behandelen de volgende onderwerpen: beschikbare en doorgaans gebruikte accutypen, onderhoud van loodzuuraccu’s en de verschillende soorten stand-alone systeemconfiguraties en hun speciale overwegingen.

Hoe weet ik welk formaat accubank ik nodig heb?

Solar Choice kan u in contact brengen met een erkende installateur die u meer gedetailleerd advies kan geven, specifiek voor uw omstandigheden. De in eerste instantie benodigde capaciteit van de accubank hangt echter af van uw typische dagelijkse piekenergiebehoefte en de grootte van uw PV-systeem. Hoeveel energie verbruikt u per dag en voldoet uw PV-installatie aan deze vraag op de kortste dag van het jaar waarop het minste zonlicht beschikbaar is? Als het antwoord nee is, moet u dagelijks een generator of een andere stroombron laten draaien om het verschil goed te maken.

Maar zelfs als het antwoord ja is, moet u nog steeds rekening houden met het ergste door uw accubank te groot te maken, zodat u voldoende accucapaciteit heeft om een ​​langere periode van slecht weer te doorstaan ​​- tot wel 10 dagen als u echt onderweg bent. paranoïde! Het echte voordeel van een dergelijk systeem is dat het een vrij eenvoudig systeem is qua bedrading en dat u zich geen zorgen hoeft te maken over het balanceren van de accubank door een generator te laten draaien (zie het volgende artikel over accuonderhoud). Bovendien kunt u tegen uw groene vrienden en buren opscheppen dat uw huis geen slaaf is van fossiele brandstoffen. Het nadeel is echter dat als er iets misgaat in uw systeem, bijvoorbeeld als u na twee opeenvolgende weken regen zonder sap komt te zitten, of als er kortsluiting optreedt waardoor uw batterijen leeglopen zonder dat u het merkt, u zult moeten wachten tot de zon schijnt en laadt uw batterijen op. Intussen sta je machteloos.

Het voordeel van het hebben van een generator aangesloten op uw off-grid systeem ligt dan ook voor de hand: als de zon u in de steek laat, beschikt u over een back-upplan om uw batterijen op te laden. We zullen dit onderwerp bespreken in de komende post over batterijonderhoud.

Hieronder vindt u een ruwe schatting van de grootte van de PV-array en batterijbank die u nodig heeft voor een zelfstandig systeem. Het is een beetje technisch, maar de concepten zijn niet al te ingewikkeld, en als u het doorleest, krijgt u een idee van waar u rekening mee moet houden bij het dimensioneren van uw batterijbank.

1. Verdeel uw energieverbruiksgedrag grofweg in twee seizoenen. Dit kunt u bijvoorbeeld doen door naar de oude elektriciteitsrekeningen voor de zomer en de winter te kijken. Het hoeft niet precies te zijn. Stel dat uw dagelijkse gemiddelde elektriciteitsverbruik 3 kWh/dag is in de zomer (oktober-april) en 3,5 kWh/dag in de winter (mei-september) als u een verwarming, elektrische deken of iets dergelijks gebruikt.

2. Bepaal het gemiddelde aantal piekuren zonneschijn (PSH, een maatstaf voor de beschikbare zonne-energie, waarover u hier meer te weten kunt komen) die uw regio heeft op een typische dag voor elke maand van het jaar. Stel dat u zich in een landelijk gebied bevindt op ongeveer dezelfde breedtegraad als Brisbane, waar de maand juni de laagste dagelijkse zonnestraling heeft, namelijk 4,1 PSH (= 4,1 kWh/m2). (Deze “slechtste maand” is meestal in de winter, maar kan ook in de zomer zijn als je airconditioning nodig hebt in een tropisch klimaat.)

3. Met deze gegevens kunt u berekenen welke maand de ergste straling heeft (zonlicht per dag) in verhouding tot uw winterblootstelling. Het is noodzakelijk om uw systeem zo in te stellen dat u niet onverwacht zonder sap komt te zitten.

4. De volgende stap (het dimensioneren van de PV-array) valt buiten het bestek van deze blog en omvat, maar is niet beperkt tot, het verminderen van temperatuur en vuil. Iemand kan u helpen met de technische aspecten hiervan. Hoe dan ook, in ons scenario is uw typische dagelijkse belasting voor de maand 3,5 kWh, en op een gemiddelde dag in juni op uw locatie krijgt u ongeveer 4,1 PSH. Stel dat u een PV-systeem van 4 kW heeft. Als vuistregel geldt dat de spanning van een array doorgaans 12 V is voor arrays van minder dan 1 kW, 24 V voor arrays tussen 1 en 3,5 of 4 kW, en 48 V voor arrays van meer dan 4 kW. Laten we een 48V-systeem kiezen.

5. Nu begint het batterijplezier. Hoeveel dagen autonomie wil je plannen; Dat wil zeggen, hoeveel dagen denkt u dat u zonder zonlicht zult moeten doorbrengen? Laten we voor ons scenario 7 dagen autonomie kiezen. 3,5 kWh * 7 dagen = 24,5 kWh

6. Batterijen zijn natuurlijk niet perfect efficiënt in het opslaan en afgeven van energie, en je zult ze met ongeveer 10% moeten verlagen om ze “overmaats” te maken, plus eventuele reducties die door de fabrikant worden aanbevolen voor temperatuurverschillen ten opzichte van standaard bedrijfsomstandigheden (aangenomen). wees hier onbeduidend.) 24,5 kWh * 1,10 = 27,2 kWh.

7. Omdat het te diep ontladen van de batterijen hun levensduur verkort, is het noodzakelijk om een ​​maximale ontladingsdiepte (DOD) voor de batterijen in te stellen, doorgaans 30% (hoewel we in dit voorbeeld 70% gebruiken – wat in de praktijk niet wordt aanbevolen*) . Dit is in feite het opnieuw overdimensioneren van uw batterijbank. 27,2 kWh / 0,7 = 38,8 kWh. Als we dit delen door de systeemspanning krijgen we 38.800 Wh / 48 V = 808 Ah. Dit is ongeveer de capaciteit die we willen dat onze batterijbank heeft.

8. Maar we zijn nog niet klaar! De accucapaciteit wordt gemeten in ampère-uren (Ah), aangezien de spanning (V) voor accucellen doorgaans 2V, 4V of 6V is. (Ampère * Volt = Watt en Ampère-uur * Volt = Watt-uur, ter referentie). De batterijcapaciteit varieert afhankelijk van de ontladingssnelheid (stroomsterkte). Wanneer u meerdere apparaten tegelijkertijd gebruikt (dat wil zeggen met een hogere stroomsterkte), gebruikt u feitelijk meer opgeslagen energie (dat wil zeggen met een hogere ontladingssnelheid) dan wanneer u ze afzonderlijk en opeenvolgend gedurende precies dezelfde tijd zou gebruiken (dat wil zeggen met een hogere stroomsterkte). lagere afvoersnelheid). Dit is de reden waarom je batterijen ziet die geen Ah-classificatie hebben, maar meestal een 4 of 5, aangegeven met een C gevolgd door een cijfer in subscriptletters: C5, C10, C20, C50, C100, enz. Dat nummer geeft aan hoe lang de batterij zal werken bij een bepaalde ontlaadstroom, meestal gespecificeerd in een tabel zoals hieronder.

9. De volgende stap is om je voor te stellen welke apparaten in je huis tegelijkertijd aan staan, in watt, en dit vervolgens te delen door de spanning van je systeem. Laten we zeggen dat sommige lampen, je vriezer, je koelkast en de tv vaak tegelijkertijd aan staan ​​en een totaal vermogen hebben van 867W. Omdat de array 48V is, betekent dit dat we 867W / 48V = 18,2A hebben. 18,2 ampère is onze typische ontladingssnelheid, voor de zekerheid.

10. De spanning wordt opeenvolgend opgeteld. Dus als we 24 cellen van 2 V kiezen, hebben we 48 V, maar moeten we nog steeds een batterij selecteren op basis van de ontladingssnelheid. Omdat we in stap 7 hebben vastgesteld dat we een accubank van 808 Ah nodig hebben, en in stap 10 dat onze typische ontladingssnelheid 18,2 A is, kunnen we nu een accu kiezen die ons geeft wat we willen. 808 Ah / 18,2 A = 44,39 uur. We willen een accu die ons ongeveer 800 Ah geeft bij het C45- of C50-vermogen. Gelukkig is het hierboven gemarkeerde model precies wat we wilden.

Het volgende deel van deze reeks batterijgegevens behandelt verschillende soorten batterijen.

© 2010 Solar Choice Pty Ltd

Bron:

*Tekst tussen haakjes toegevoegd op 23 mei 2013. Met dank aan Michael O’Connell voor het wijzen op de inconsistentie in de berekeningen.