Sådan dimensioneres en solcellebatteribank (formel + eksempler)

Hvilken solcellebatteristørrelsesformel skal du bruge?

Det korrekte udgangspunkt afhænger af, hvad batteriet forventes at gøre. Inden du vælger et produkt, skal du identificere, om projektet er til sikkerhedskopiering af udfald, fuld-fritid-netdrift eller dagligt-solenergiforbrug. Gennemgå for en bredere sammenligning på systemniveau-on-grid, off-grid og hybrid solsystemkonfigurationer.

Formel for Home Backup Batteristørrelse

Beregn først AC-energien, som de beskyttede belastninger skal modtage:

Påkrævet belastningsenergi (kWh)=gennemsnitlig kritisk belastning (kW) × backup-tid (timer)

Beregn derefter den nominelle batterikapacitet:

Nominel batterikapacitet (kWh)=påkrævet belastningsenergi × designmargin ÷ brugbar batterifraktion ÷ leveringseffektivitet

Formel for Off-Grid Solar Battery Bank Sizing

For et system uden for-nettet, der skal fungere gennem nætter eller perioder med svag solproduktion:

Nominel batterikapacitet (kWh)=daglig designbelastning (kWh/dag) × autonomidage × designmargin ÷ brugbar batterifraktion ÷ leveringseffektivitet

Formel for solenergi-selvforbrug

Estimer mængden af ​​solenergi i dagtimerne, der kan lagres, og mængden af ​​aften- eller natbelastning, der kan bruge den. Det praktiske energi-skiftemål er normalt den mindste af disse to værdier:

Målskiftet energi=den laveste af forventet soloverskud eller planlagt efter-solnedgangsbelastning

Juster derefter målet for brugbar batterikapacitet og de relevante konverteringstab. Systemarkitekturen betyder noget, fordiAC-koblet og DC-koblet batterilagringplacere konverteringstab på forskellige punkter i energibanen.

Solar Battery Bank Formel Variabler og enheder

Brug et udtryk for hver fysisk størrelse. Blanding af belastningseffekt med belastningsenergi er en af ​​de mest almindelige årsager til et forkert resultat.

Effekt i kW bestemmer, hvor meget belastning systemet kan understøtte på et øjeblik. Energi i kWh afgør, hvor længe den kan understøtte den belastning. Sondringen forklares yderligere i denne guide tilkW versus kWh i batterienergilagring.

Definer, hvad batteriet skal gøre

Nødhjemmebackup

Et backupsystem til hjemmet bør begynde med en beskyttet-belastningsliste, ikke husstandens samlede årlige eller daglige elforbrug. Identificer de kredsløb, der skal forblive tilgængelige, den forventede udfaldsvarighed og de apparater, der kan køre på samme tid.

Solpaneler leverer ikke automatisk backup strøm under en strømafbrydelse. Systemet har brug for udstyr designet til at koble sikkert fra nettet og danne et ø-elektrisk system. Det amerikanske energiministerium forklarer dette driftskrav i sinsol- og modstandsdygtighedsvejledning.

Fuld-fritid-Netstrøm

Et batteri uden-nettet skal dække perioder, hvor solenergiproduktionen er under belastningen. Designet tager normalt hensyn til efterspørgsel fra natten over, sæsonbestemte solreduktioner, på hinanden følgende overskyede perioder, inverter-standbyforbrug, intermitterende pumper, generatortilgængelighed og muligheder for belastning-.

Lager og solcelleproduktion skal dimensioneres sammen. Et større batteri forbedrer ikke modstandskraften, hvis solpanelet eller generatoren ikke kan erstatte den energi, der fjernes fra den. For yderligere kontekst, se hvordan ensolenergilagringssystem koordinerer produktion, lagring og belastninger.

Dagligt solcelle-selv-forbrug

Et selvforbrugende batteri lagrer overskydende solenergi i dagtimerne til senere brug. Den nyttige kapacitet er begrænset af både mængden af ​​solenergioverskud, der er tilgængeligt til opladning, og mængden af ​​aften- eller natbehov, der er til rådighed for udledning. Flere dages opbevaring kan forblive underudnyttet i et system, der kun producerer et beskedent dagligt overskud.

Beregn de belastninger, du faktisk har brug for

Opret en belastningstabel, før du vælger et batteri. Brug målt energi, når det er praktisk, især for udstyr, der tænder og slukker.

Denne tabel er en illustrativ måling-baseret arbejdsgang, ikke en universel husstandsprofil. Erstat hver værdi med projektdata.

Brug en Practical Measurement Protocol

1. Mål stikkontakten- i mindst 24 til 72 timer, når det er muligt.
2. Brug inverterovervågning eller forsyningsintervaldata til at identificere 24-timers baseload og den højeste vedvarende efterspørgsel.
3. Registrer sæsonbestemte belastninger separat, herunder opvarmning, køling, affugtning og vandpumpning.
4. Tjek motorens-startstrøm fra udstyrsdokumentationen, eller få en kvalificeret fagmand til at måle den.
5. Brug en repræsentativ høj-indlæsningsperiode i stedet for en praktisk dag med lavt-forbrug.

DOE'erneMetode til evaluering af batterienergilagringssystemunderstreger værdien af ​​målte tidsseriedata- til evaluering af den faktiske energilagringsydelse. Det samme princip forbedrer den foreløbige belastningsestimering: målte profiler er normalt mere nyttige end én månedlig total.

Adskil kritiske, fleksible og udelukkede belastninger

• Kritiske belastninger:udstyr, der skal fungere i hele designperioden.
• Fleksible belastninger:udstyr, der kan køre i færre timer eller kun, mens solvarmeproduktion er tilgængelig.
• Ekskluderede belastninger:udstyr, der forbliver slukket under en strømafbrydelse eller-lavenergiperiode.

Elektrisk modstandsopvarmning, central aircondition, store vandvarmere, elektrisk madlavning, tørretumblere og el-opladning kan dominere opbevaringskravene. Fjernelse eller planlægning af én høj-energibelastning kan reducere batteristørrelsen mere end at eliminere mange små elektroniske enheder.

Vælg Backup timer eller dage med autonomi

Backup-timer for et net-forbundet hjem

Vælg et mål baseret på lokale strømafbrydelsesmønstre og den service, batteriet skal levere: en kort afbrydelse, en aften, en afbrydelse natten over, en hel dag eller en længere nødsituation. Beslut om solopladning vil være tilgængelig, mens nettet er nede, og om systemet betjener et beskyttet-belastningspanel eller hele bygningen.

Autonomy Days for et off-Grid-system

Autonomi er den periode, hvor batteriet kan betjene designbelastningen uden tilstrækkelig opladning. Vælg det ud fra sæsonbestemte solforhold, forventede overskyede perioder, generatorens pålidelighed, brændstoftilgængelighed, belastnings-muligheder, adgang til webstedet og konsekvenserne af at løbe tør for energi.

Et eksternt websted uden pålidelig backupkilde kan have brug for mere lagerplads end en ejendom med en automatisk generator. Det korrekte antal autonomidage er derfor en projektbeslutning, ikke en fast brancheprocent.

Brug en intervalbelastningsprofil, når den er tilgængelig

To boliger kan hver forbruge 10 kWh om dagen, men kræver forskellige batterier og invertere. Man kan bruge energi gradvist; den anden kan køre en pumpe, mikroovn og klimaanlæg på samme tid. Daglig kWh kan være ens, mens peak-kW og overspændingsstrøm er meget forskellige.

Beregn brugbar batterikapacitet ved hjælp af DoD, Efficiency og Reserve

Brug producentens brugbare kapacitet

Afladningsdybden beskriver, hvor meget af den nominelle kapacitet, der fjernes under en cyklus. Til foreløbig dimensionering skal du bruge batteriproducentens tilladte driftsområde eller angivne brugbare energi i stedet for at anvende en universel procentdel.

Hvis et 10 kWh-batteri drives over et 90 % brugbart område, giver det 9 kWh brugbar DC-batterienergi, før andre nedstrømstab tages i betragtning:

10 kWh × 0.90=9 kWh

Garantibetingelser,-opladningsstatus-grænser, afladningshastighed, batterialder, temperatur, firmwareindstillinger og ønsket cykluslevetid kan alle ændre det praktiske driftsvindue.

Brug den korrekte effektivitetsmåling

For driftsafbrydelser er den relevante værdi normalt envejseffektiviteten fra lagret batterienergi til de beskyttede belastninger. Rund--effektivitet omfatter både opladning og afladning og bør ikke automatisk erstattes af en envejs-kørselstidsberegning.

Tjek også, om et produkts offentliggjorte brugbare energi er målt på DC-siden eller leveret på AC-siden. Hvis producenten allerede angiver brugbar vekselstrømsenergi, kan subtrahering af invertertab igen fordoble-det samme tab.

Sandia National LaboratoriesDOE/EPRI Elektricitetsopbevaringshåndboggiver en bredere teknisk kontekst om lagerydeevne, strøm, energi, effektivitet og applikationsspecifikt design.-

Anvend en gennemsigtig designmargen

En designmargin kan dække beskeden usikkerhed, små fremtidige belastninger, kapacitetsreduktion over tid og mindre fejl i runtime estimater. Angiv det eksplicit som en multiplikator, såsom 1,10 for en 10 % godtgørelse.

Margenen bør ikke skjule dårlige belastningsdata. Forbedre belastningsestimatet først, og tilføj derefter en bevidst reserve.

Tjek temperatur og installationsbetingelser

Temperaturen kan påvirke brugbar kapacitet, ladeaccept, afladningseffekt, BMS-adfærd og levetid. Gennemgå produktets minimum opladningstemperatur, minimum afladningstemperatur, derating-kurver, indbygget-opvarmning, kapslingsklassificering, krav til køling eller ventilation og indendørs eller udendørs installationsgrænser.

Anvend ikke én koldt-vejrfaktor på hvert lithiumbatteri. Indstillinger for kemi, celledesign, termisk styring og BMS er forskellige. Denne oversigt overlithiumbatteriets driftstemperaturområderkan hjælpe med at identificere de produktdata, der bør kontrolleres.

Konverter kWh til Ah og vælg 12V, 24V eller 48V

Batterienergi kan angives i kilowatt-timer, mens nogle systemer er beskrevet i ampere-timer. Forholdet er:

Energi (Wh)=spænding (V) × kapacitet (Ah)

Derfor:

Kapacitet (Ah)=energi (kWh) × 1.000 ÷ nominel systemspænding

Disse ampere-timer repræsenterer omtrent den samme nominelle energi. Højere spænding reducerer den strøm, der kræves for at levere den samme effekt, hvilket kan reducere lederstørrelse og spændingsfald, når systemet er designet korrekt.

Sådan vælger du systemspænding

• 12V:almindelig i små DC-systemer og beskedne mobile applikationer.
• 24V:bruges ofte i mellemstore mobile systemer, kahytter, marinesystemer og mindre inverterinstallationer.
• 48V:almindelig i større stationære anlæg, fordi den samme effekt kan leveres ved lavere strøm end ved 12V eller 24V.

Spænding er en arkitekturbeslutning. Batteriet, vekselretteren, ladecontrolleren, beskyttelsesenhederne, lederne, kommunikationen og eventuelle jævnstrømsbelastninger skal være kompatible. Større systemer kan også bruge-formål designethøjspændingsbatterier til energilagring, som ikke skal behandles som simple udvidelser af en 48V gør-det-selv-bank.

Kontroller invertereffekt, startspænding og BMS-grænser

En batteribank kan have nok kWh og stadig være ude af stand til at starte eller betjene det nødvendige udstyr. Kapaciteten bestemmer køretiden. Effekt- og strømgrænser afgør, om systemet overhovedet kan betjene belastningen.

Tjek kontinuerlig strøm

Tilføj de belastninger, der kan fungere samtidigt. Inverterens kontinuerlige AC-output skal overstige det forventede behov under de gældende temperatur- og driftsforhold.

Estimer batteri-sidestrøm med:

DC-strøm (A) ≈ AC-belastningseffekt (W) ÷ batterispænding (V) ÷ invertereffektivitet

For eksempel kræver en 4.000 W AC-belastning, der forsynes fra et 48V batteri gennem en 92 % effektiv inverter, ca.

4,000 ÷ 48 ÷ 0.92 ≈ 90.6 A

Batteribanken, BMS, samleskinner, kabler, sikringer, afbrydere og terminaler skal alle være designet til den gældende strøm.

Kontroller motor- og kompressorstartstød

Brøndpumper, køleskabe, frysere, klimaanlæg, værkstedsværktøj og luftkompressorer kan trække væsentligt mere strøm under opstart end under normal drift. Check:

• Inverter overspændingseffekt
• Tilladt stigningsvarighed
• Batteri BMS top-strømgrænse og varighed
• Spændingsfald under opstart
• Leder- og beskyttelsesenhedsklassificeringer-
• Om flere belastninger kan starte på samme tid

Et toptal uden varighed er ikke tilstrækkeligt. Et system, der kan producere et meget højt output i en brøkdel af et sekund, kan stadig undlade at starte en motor, der har brug for forhøjet strøm i flere sekunder.

Tjek batteri BMS og parallelle grænser

For hvert foreslået modul skal du gennemgå maksimal kontinuerlig afladningsstrøm, spidsafladningsstrøm, tilladt spidsbelastningsvarighed, maksimal ladestrøm, anbefalet inverterområde, maksimalt parallelantal, godkendt ledningslayout og kommunikationskompatibilitet.

Parallelle moduler deler ikke altid strøm perfekt. Kabellængde, terminalmodstand, temperatur, ladetilstand og modultilstand kan påvirke strømdelingen. Brug producentens godkendte samleskinne eller ledningsarrangement af samme-længde.

Beregn batterimodulantal og genopladningskapacitet

Beregn antallet af batterimoduler

Når den nødvendige nominelle kapacitet er kendt:

Antal moduler=påkrævet nominel kapacitet ÷ nominel kapacitet pr. kompatibelt modul

Afrund op til en godkendt hel-modulkonfiguration.

Hvis designet kræver 14,2 kWh og et kompatibelt modul er normeret til 5,12 kWh:

14.2 ÷ 5.12 = 2.77

Kapacitetsberegningen kræver derfor mindst tre moduler, der giver 15,36 kWh nominel energi. Det endelige valg skal stadig bestå strøm-, BMS-, parallel-, inverter-, spændings-, kommunikations- og installationskontrollen.

Tjek, hvor hurtigt batteriet kan genoplades

Estimer først den energi, der skal returneres til batteriet:

Genoplad energi i batteriet ≈ tilbagetrukket batterienergi ÷ opladningseffektivitet

Anslå derefter en bedst-opladningstid:

Opladningstid (timer) ≈ genopladningsenergi (kWh) ÷ gennemsnitlig batteriopladningseffekt (kW)

For et solcelleopladet-system skal du ikke bruge array-navnepladestrøm, som om den var tilgængelig konstant. Tjek forventet månedlig eller sæsonbestemt produktion, belastninger i dagtimerne, klipning, skygge, temperatur og opladnings-controllergrænser. DeNREL PVWatts Lommeregnerkan give et lokalitetsbaseret-estimat af fotovoltaisk energiproduktion til dette screeningstrin.

For et off{0}}net-design skal den forventede solcelleproduktion dække både dagtimerne og den energi, der er nødvendig for at genoprette batteriet efter afladning. Hvis batteriet ikke kan komme sig inden den næste dårlige-solperiode, vil øget opbevaring alene ikke løse pålidelighedsproblemet.

Solar Battery Bank Størrelsesskema

Følgende diagram bruger en dags autonomi, en 90 % brugbar batterifraktion, 92 % leveringseffektivitet og en designmargin på 10 %. Det er kun et eksempel.

Ændring af enhver antagelse ændrer resultatet. En lavere brugbar fraktion, lavere effektivitet, længere autonomiperiode eller større margin øger den nødvendige nominelle kapacitet.

Eksempler på dimensionering af solcellebatterier

Eksempel 1: Lille Off-Grid Cabin

Antage:

• Daglig designbelastning: 2,8 kWh
• Autonomi: 1,5 dage
• Brugbar batteriandel: 90 %
• Leveringseffektivitet: 92%
• Designmargin: 10 %

Påkrævet nominel kapacitet=2.8 × 1,5 × 1,10 ÷ 0,90 ÷ 0,92 ≈ 5,58 kWh

Ved en nominel 24V:

5,58 × 1.000 ÷ 24 ≈ 233 Ah

Det næste trin er at vælge en godkendt modulkonfiguration over 5,58 kWh og verificere, at inverteren, batteristrømgrænser og sæsonbestemt ladekilde kan understøtte kabinens belastninger.

Eksempel 2: Essential Home Backup

Antag, at de beskyttede belastninger i gennemsnit er 1,2 kW og skal fungere i otte timer.

Påkrævet belastningsenergi=1.2 kW × 8 timer=9.6 kWh

Brug af en 90 % brugbar fraktion, 92 % leveringseffektivitet og 10 % margin:

Påkrævet nominel kapacitet=9.6 × 1,10 ÷ 0,90 ÷ 0,92 ≈ 12,75 kWh

Dette resultat omhandler energidriftstid. Det beviser ikke, at batteriet og inverteren kan starte den største motor eller understøtte den maksimale samtidige belastning.

Eksempel 3: Fra en målt belastningstabel til modulantal

Ved hjælp af den illustrative målte belastningstabel ovenfor:

• Daglig kritisk-belastningsenergi: 3,71 kWh
• Autonomi: 1,5 dage
• Brugbar batteriandel: 90 %
• Leveringseffektivitet: 92%
• Designmargin: 10 %

Påkrævet nominel kapacitet=3.71 × 1,5 × 1,10 ÷ 0,90 ÷ 0,92 ≈ 7,39 kWh

Hvis det godkendte batterimodul er normeret til 5,12 kWh:

7,39 ÷ 5.12=1.44 moduler

Designet kræver mindst to moduler efter kapacitet til 10,24 kWh nominelt. Før du accepterer denne konfiguration, skal du kontrollere to-modulernes kontinuerlige strøm, startstød, ladestrøm, parallel godkendelse og inverterkommunikation.

Hvor længe holder et 10 kWh batteri?

Køretiden afhænger af den brugbare energi, der leveres til belastningerne, ikke kun den nominelle værdi. Med et 10 kWh nominelt batteri, en 90 % brugbar del og 92 % leveringseffektivitet:

Brugbar AC-energi ≈ 10 × 0,90 × 0.92=8.28 kWh

Disse værdier forudsætter en konstant gennemsnitlig belastning og inkluderer ikke yderligere temperaturreduktion, ældning, BMS-reserve eller udstyrs-specifikke begrænsninger.

LiFePO4 vs. bly-Størrelse på syrebatteribank

Batterikemi påvirker, hvordan nominel kapacitet, afladningshastighed, opladningskrav, vedligeholdelse og installationsforhold omsættes til brugbar systemydelse. For en bredere sammenligning, gennemgå disseforskellige batterityper til energilagring.

For bly-syrebatterier skal du bruge producentens afladningskurver og nominelle-timekapacitet. En simpel Ah-konvertering ved nominel spænding kan overvurdere tilgængelig energi, når afladningsstrømmen er høj.

Almindelige fejl i størrelsen på solcellebatterier

• Gang to gange med tid:hvis belastningsenergien allerede er i kWh, skal du ikke gange den med backuptimer igen.
• Forveksler kW med kWh:lagret energi og leveringsdygtig strøm er separate specifikationer.
• Brug af det samlede husstandsforbrug til væsentlig backup:størrelse fra beskyttede belastninger, når designet ikke er hel-hjemmebackup.
• Brug af typeskilt watt som gennemsnitsforbrug:cykeludstyr bruger ofte mindre energi, end dets maksimale input antyder.
• Ignorerer standby-forbrug:en 40 W kontinuerlig belastning bruger 0,96 kWh pr. dag.
• Brug af -tur-retur-effektivitet i en-envejsberegning uden at kontrollere:matche virkningsgradsværdien med den energivej, der beregnes.
• Ignorerer motor-startstød:tilstrækkelig kWh garanterer ikke en vellykket pumpe- eller kompressorstart.
• Design til årlige-gennemsnitlige solforhold:off-grid-pålidelighed styres normalt af den mindst gunstige sæson.
• Forudsat at batterier altid kan tilføjes senere:udvidelse kan være begrænset af alder, ladningstilstand, firmware, kommunikation, invertergrænser eller producentens politik.
• Ignorerer genopladningstid:et batteri, der ikke kan komme sig inden næste afladningsperiode, er ikke et elastisk design.

Sikkerhed, omfang og redaktionel metode

Denne artikel giver en foreløbig beregningsramme til sammenligning af batterikapacitetskrav. Det er ikke en elektrisk designtegning, installationsvejledning, gennemgang af kode-overholdelse eller en erstatning for produktspecifik-teknik.

Beregningsmetoden adskiller belastningseffekt, belastningsenergi, nominel kapacitet, brugbar kapacitet, leveringseffektivitet og designmargin, så hver antagelse kan kontrolleres. Gennemarbejdede eksempler afslører deres antagelser og bør ikke behandles som universelle produktanbefalinger.

Endelig udstyrsvalg og -installation bør gennemgås af en kvalificeret fagmand, der er bekendt med de gældende lokale el-, bygnings- og brandkrav. I USA forklarer UL detUL 9540 evaluerer energilagringssystemer og udstyr som integrerede systemer, herunder batterier, strømkonvertering, kontroller, beskyttelse og kommunikation.

FAQ