¿Cómo dimensionar un sistema de almacenamiento de energía fotovoltaica?
2024-11-07
El diseño de un sistema de almacenamiento de energía fotovoltaica debe tener en cuenta muchos aspectos, incluidos los objetivos del sistema de almacenamiento de energía fotovoltaica, la selección de componentes fotovoltaicos, la instalación y la seguridad. Implica conocimientos en múltiples campos, como la electrónica de potencia, la tecnología de baterías, la gestión de la energía, etc. Un sistema de almacenamiento de energía fotovoltaica exitoso no solo puede almacenar energía eléctrica de manera efectiva, sino también optimizar el patrón de consumo de electricidad de los hogares o las empresas, reducir las facturas de electricidad e incluso proporcionar capacidades de suministro de energía fuera de la red cuando sea necesario.
1. Análisis de demanda y carga energética
El sistema de almacenamiento de energía fotovoltaica primero debe analizar la demanda energética del hogar o la empresa, incluido el análisis de la carga de energía, la clasificación del tipo de carga y el período de máximo consumo de energía.
(1). Demanda de carga
Conozca el consumo eléctrico diario de la familia o empresa, determine las cargas clave (como refrigeradores, aires acondicionados, etc.) y su potencia. Las cargas domésticas generalmente se dividen en cargas inductivas y cargas resistivas. Las cargas con motores como lavadoras, aires acondicionados, refrigeradores, bombas de agua y campanas extractoras son cargas inductivas. La potencia de arranque del motor es de 5 a 7 veces la potencia nominal. Al calcular la potencia del inversor, se debe tener en cuenta la potencia de arranque de estas cargas. La potencia de salida del inversor debe ser mayor que la potencia de la carga. Las cargas resistivas se refieren principalmente a equipos eléctricos convencionales sin motores, como iluminación, computadoras, etc.
El cálculo de la potencia de carga es fundamental para el diseño de sistemas de almacenamiento de energía fotovoltaica. Determina la potencia del inversor.
En la actualidad, muchas cargas inductivas utilizan tecnología de arranque de frecuencia variable. Para dichas cargas, la potencia de carga se puede calcular de acuerdo con la carga resistiva convencional. Si se trata de una carga inductiva de arranque de frecuencia no variable, normalmente es necesario seleccionar un inversor con un transformador de aislamiento o un inversor de frecuencia de potencia. (Puede consultar con su proveedor de equipos o con el personal de HT INFINITEPOWER para confirmar el tipo de su equipo eléctrico)
(2). Capacidad de almacenamiento de energía
El sistema de almacenamiento de energía fotovoltaica necesita estimar la capacidad de la batería de almacenamiento de energía en función del consumo eléctrico diario. Sin embargo, en el caso de los hogares o empresas comunes, considerando que no se pueden encender todas las cargas al mismo tiempo, para ahorrar costos, la suma de la potencia de carga se puede multiplicar por un coeficiente de 0,7 a 0,9.
(3). Escenario de uso
Considere si el sistema de almacenamiento de energía fotovoltaica debe soportar el funcionamiento conectado a la red, el funcionamiento fuera de la red o una combinación de ambos, es decir, un sistema híbrido de almacenamiento de energía.
2. Cálculo de la capacidad de los paneles solares del sistema de almacenamiento de energía fotovoltaica
(1).Cálculo de la capacidad de los paneles solares en función de la luz solar y la demanda energética
Calcular la capacidad de los paneles solares en función de las condiciones de luz solar y la demanda de energía para garantizar que puedan satisfacer las necesidades energéticas de la carga base del hogar o negocio y proporcionar energía de respaldo durante la noche o en condiciones climáticas adversas.
(2).Principio de diseño: adaptación de la generación de energía fotovoltaica a la demanda energética anual
El principio de diseño de los módulos fotovoltaicos es satisfacer la demanda diaria de electricidad de la carga en condiciones climáticas promedio, es decir, la generación de energía anual del módulo de células solares debe ser igual al consumo anual de electricidad de la carga.
(3). Determinar la demanda de energía del hogar o negocio
En primer lugar, es necesario calcular el consumo energético diario medio de la vivienda o empresa. Esto se puede estimar consultando las facturas de electricidad históricas. Por ejemplo, si el consumo energético diario medio de una vivienda es de 30 kWh, este será el objetivo mínimo de generación de energía que debe alcanzar el sistema de almacenamiento de energía fotovoltaica.
(4). Comprenda las condiciones locales de luz solar
Las horas de sol (radiación solar) en las distintas regiones son diferentes, lo que afectará a la generación de energía de los módulos fotovoltaicos. Puede consultar las horas de sol promedio anuales a través de datos meteorológicos locales o herramientas en línea. O puede consultar al personal de HT INFINITEPOWER para que lo ayude a consultar un tiempo de sol promedio anual más preciso.
(5). Considere la eficiencia de los módulos fotovoltaicos
La eficiencia de los módulos fotovoltaicos se ve afectada por muchos factores, incluido el tipo de módulo (silicio monocristalino, silicio policristalino, etc.), el ángulo y la dirección de instalación, etc. La eficiencia de los sistemas generales de almacenamiento de energía fotovoltaica domésticos o comerciales está entre el 70% y el 80%.
Suponiendo que el consumo eléctrico diario promedio de un hogar o empresa es de 10 kWh, la tasa de autosuficiencia objetivo es del 80%, los paneles fotovoltaicos locales pueden generar un promedio de 0,4 kWh de electricidad por metro cuadrado por día, y suponiendo que el factor de eficiencia del sistema es 0,3, la potencia total de los componentes fotovoltaicos requeridos es: Potal=10s~26,67kWp0,3
En situaciones reales, teniendo en cuenta factores como el tamaño de los componentes y el espacio disponible en el tejado, puede ser necesario garantizar la venta. Esto significa que para alcanzar una tasa de autosuficiencia del 80%, el hogar o la empresa necesita instalar al menos 26,67 kW de componentes fotovoltaicos.
3. Inversor del sistema de almacenamiento de energía fotovoltaica y capacidad de batería compatibles
La capacidad del inversor debe coincidir con los paneles solares y el banco de baterías, incluida la capacidad de CC y la capacidad de CA.
(1). Determinar los requisitos de carga
En primer lugar, debe comprender los requisitos de potencia total de su equipo o sistema eléctrico. Esto incluye la electricidad doméstica o comercial, la electricidad comercial, la electricidad industrial, etc. Puede obtener esta información mirando los parámetros de potencia en la placa de identificación del equipo o consultando al fabricante del mismo. (Esto es muy importante)
(2). Calcular la demanda máxima de energía
Después de determinar la demanda de potencia total, es necesario calcular la demanda de potencia máxima. La potencia máxima se refiere a la potencia máxima requerida cuando todos los dispositivos funcionan al mismo tiempo en un momento determinado. Por lo general, la demanda de potencia máxima es entre un 20 % y un 30 % superior a la demanda de potencia total.
(3). Considere la eficiencia del inversor del sistema de almacenamiento de energía fotovoltaica
Cuando el inversor convierte la corriente continua en corriente alterna, se produce una cierta pérdida de energía. Por lo tanto, al calcular la potencia del inversor, se debe tener en cuenta su eficiencia. La eficiencia del inversor suele estar entre el 90 % y el 98 %.
(4). Calcular la potencia del inversor del sistema de almacenamiento de energía fotovoltaica
En base a la información anterior, se puede calcular la potencia necesaria del inversor. La fórmula es la siguiente:Potencia del inversor = (demanda de potencia máxima/eficiencia del inversor) × factor de seguridad
El factor de seguridad suele ser de 1,2 a 1,5 para garantizar que el inversor pueda seguir funcionando normalmente en condiciones extremas.
El factor de seguridad suele ser de 1,2 a 1,5 para garantizar que el inversor pueda seguir funcionando normalmente en condiciones extremas.
(5). Igualación de potencia
Según la potencia del inversor calculada, seleccione el modelo de inversor que coincida con ella. Asegúrese de que la potencia nominal del inversor pueda satisfacer la demanda máxima de potencia.
(6). Tipo de inversor del sistema de almacenamiento de energía fotovoltaica
Los inversores se dividen en monofásicos y trifásicos. Los inversores monofásicos son adecuados para hogares o pequeñas empresas, mientras que los inversores trifásicos son adecuados para grandes empresas y aplicaciones industriales. Los inversores también se pueden dividir en tipos fuera de la red e híbridos según si necesitan estar conectados a la red.
Puede elegir el tipo de inversor apropiado según el escenario de uso de energía.
4. Consideraciones sobre la selección y el tipo de capacidad de los paquetes de baterías para sistemas de almacenamiento de energía fotovoltaica
El paquete de baterías es el núcleo del sistema de almacenamiento de energía fotovoltaica. La capacidad debe determinarse en función de la demanda de energía y el diseño del sistema, teniendo en cuenta la profundidad del ciclo y el tipo de batería.
El tipo de batería de almacenamiento de energía más utilizado actualmente es la batería de fosfato de hierro y litio. Es muy segura y tiene una larga vida útil.
5. Sistema de gestión de baterías (BMS) para sistemas de almacenamiento de energía fotovoltaica
El BMS es esencial para supervisar, proteger y optimizar el rendimiento de la batería. Para obtener una introducción detallada al BMS, consulte el artículo “¿Qué es el BMS para baterías de almacenamiento de energía y qué hace?”
6. Si el sistema de almacenamiento de energía fotovoltaica está conectado a la red
Considere si el sistema de almacenamiento de energía fotovoltaica necesita estar conectado a la red para lograr un intercambio de energía bidireccional. Dado que la eficiencia de la generación de energía fotovoltaica se ve afectada por el tiempo y el clima, algunos usuarios optarán por conectar el sistema de almacenamiento de energía fotovoltaica a la red para asegurarse de que aún puedan obtener energía de la red cuando el sol sea insuficiente. O vender el exceso de electricidad a la empresa de red para obtener ganancias.
7. Modo de funcionamiento del sistema de almacenamiento de energía fotovoltaica
Durante el diseño, se deben considerar diferentes modos de funcionamiento del sistema, como la conexión a la red, la desconexión a la red y las estrategias de almacenamiento de energía en condiciones de diferencias de precios de la electricidad en horas pico y en horas valle.
Los diferentes escenarios de aplicación tienen diferentes requisitos para el modo de funcionamiento del sistema de almacenamiento de energía fotovoltaica. El modo de funcionamiento del sistema depende principalmente del tipo de inversor.
Los diferentes escenarios de aplicación tienen diferentes requisitos para el modo de funcionamiento del sistema de almacenamiento de energía fotovoltaica. El modo de funcionamiento del sistema depende principalmente del tipo de inversor.
8. Puntos clave en el diseño de sistemas de almacenamiento de energía fotovoltaica
Determine la potencia del inversor según el tipo de carga y la potencia, confirme la potencia del componente según el consumo de energía y determine la capacidad de la batería según el consumo de energía nocturno o el consumo de energía esperado.
La unidad de capacidad del sistema de almacenamiento de energía es el kWh. Su función principal es almacenar el exceso de electricidad cuando las condiciones de luz son suficientes y continuar suministrando energía a los equipos eléctricos cuando las condiciones de luz son insuficientes o durante la noche. El tamaño de la capacidad de la batería de almacenamiento de energía depende de la generación de energía diaria del panel fotovoltaico y del tiempo de respaldo en condiciones de ausencia de energía fotovoltaica.
Por ejemplo, si la potencia de carga del hogar es de 10KW, el tiempo promedio de consumo de energía por la noche es de 8 horas, la potencia del equipo eléctrico es de 5KW y considerando que la DOD (profundidad de descarga) de la batería de almacenamiento de energía es del 90%, entonces la capacidad de la batería de almacenamiento de energía debe ser al menos: 5KW*8HORAS*1,1=44KWH.
Un sistema de almacenamiento de energía fotovoltaica perfecto debe considerar el consumo de energía diario promedio de los equipos eléctricos, las condiciones de iluminación, la configuración del panel fotovoltaico, la ubicación de la instalación y seleccionar el inversor apropiado de acuerdo con el escenario de consumo de energía real y configurar la capacidad razonable de la batería de almacenamiento de energía de acuerdo con el tiempo de consumo de energía.
También puede ponerse en contacto con el equipo de HT INFINITEPOWER para obtener una solución de diseño de sistema de almacenamiento de energía fotovoltaica personalizada y profesional de forma gratuita.
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