Stosunek panelu słonecznego do akumulatora: rozmiar fotowoltaiki i baterii odpowiedni

Co właściwie oznacza stosunek panelu słonecznego do akumulatora

W większości małych systemów off-grid i systemów rezerwowych „stosunek panelu słonecznego do akumulatora” odnosi się do zależności pomiędzy: (1) Moc panelu fotowoltaicznego (w watach) i (2) pojemność banku akumulatorów , zazwyczaj w Ah przy napięciu systemowym (12 V/24 V/48 V). Stosunek ma znaczenie, ponieważ określa realistyczną szybkość ładowania i częstotliwość osiągania pełnego naładowania akumulatora.

Dwa sposoby wyrażenia proporcji (użyj tego, który jest jaśniejszy)

• W na Ah przy danym napięciu systemu (wspólnym dla pojazdów kempingowych 12 V/24 V i małych kabin).
• Stawka opłaty (stawka C) : prąd ładowania podzielony przez Ah akumulatora (bardziej „poprawnie elektrotechnicznie”).

Szybki mostek między nimi (w przybliżeniu): prąd ładowania modułów fotowoltaicznych do banku 12 V wynosi w przybliżeniu waty PV ÷ 14 V (napięcie ładowania). Przykład: 280 W energii PV do banku 12 V wynosi około 20A (280 ÷ 14 ≈ 20). Na 200Ah akumulator, tj 0,10°C szybkość ładowania (20 ÷ 200 = 0,10).

Zalecane współczynniki według składu chemicznego baterii i przypadku użycia

„Właściwy” stosunek panelu słonecznego do akumulatora polega przede wszystkim na uniknięciu dwóch trybów awarii: za mało PV (chroniczne niedoładowanie) i za dużo PV (niepotrzebne koszty lub ograniczenia kontrolera). Chemia zmienia wrażliwość na niedoładowanie i szybkość, z jaką akumulator może przyjąć energię.

Uwagi, które zapobiegają błędnym decyzjom dotyczącym rozmiaru: Akumulatory kwasowo-ołowiowe zdecydowanie preferują osiągnięcie pełnego naładowania (w tym czas wchłaniania). Jeśli fotowoltaika jest zbyt mała, często żyje w stanie częściowego naładowania, przyspieszając zasiarczenie i utratę wydajności. LiFePO4 jest ogólnie bardziej tolerancyjny na częściowe ładowanie, ale nadal możesz potrzebować wyższego współczynnika, aby szybko odzyskać siły po intensywnym użytkowaniu.

Metoda krok po kroku, która sprawia, że proporcja „wypada” poprawnie

Sam współczynnik może wprowadzać w błąd, jeśli nie powiąże się go z dziennym zużyciem energii i światłem słonecznym. Użyj tego przepływu pracy, aby logicznie dobrać pojemność fotowoltaiki i akumulatora, a następnie potwierdź, że stosunek mieści się w zdrowym zakresie.

Krok 1: Oszacuj dzienną energię (Wh/dzień)

Zsumuj obciążenia: waty × godziny dziennie. Przykład: średnia lodówka o mocy 60 W przy równoważnym czasie pracy wynoszącym 10 godzin wynosi 600 Wh/dzień. Jeśli masz falownik, uwzględnij później realistyczny współczynnik wydajności systemu (typowy ogólny może wynosić 0,70–0,85 w zależności od okablowania, sterownika, falownika i temperatury).

Krok 2: Dobierz akumulator pod kątem autonomii (kWh)

Wybierz autonomię (dni) i dopuszczalną głębokość rozładowania (DoD). Użyteczna energia akumulatora (Wh) ≈ dziennie Wh × dni autonomii. Całkowita nominalna energia akumulatora (Wh) ≈ użyteczna Wh ÷ DoD. Typowe planowanie DoD: Kwas ołowiowy 0,50 , LiFePO4 0,80 (konserwatywny, poprawia trwałość).

Krok 3: Rozmiar PV na podstawie godzin słonecznych (i strat)

Waty fotowoltaiczne ≈ dzienne Wh ÷ (szczytowe godziny słoneczne × wydajność systemu). Przykład: jeśli dzienne zużycie wynosi 1000 Wh, szczytowe godziny słoneczne wynoszą 4, a wydajność 0,75, PV ≈ 1000 ÷ (4 × 0,75) ≈ 333 W . Zaokrąglij w górę do następnego praktycznego rozmiaru tablicy (np. 400 W).

Krok 4: Przejdź na stosunek panelu słonecznego do akumulatora i sprawdź, czy jest to rozsądne

Akumulator Ah ≈ akumulator nominalny Wh ÷ napięcie systemu. Wtedy stosunek = waty fotowoltaiczne ÷ akumulator Ah. Jeśli stosunek jest poniżej zalecanego zakresu dla Twojego składu chemicznego, zwiększ PV (lub zmniejsz rozmiar akumulatora), aż system będzie mógł niezawodnie osiągnąć pełne naładowanie.

Praktyczna tabela rozmiarów: typowe rozmiary akumulatorów w watach PV

Poniższa tabela przekształca wskazówki dotyczące proporcji w gotowe do użycia liczby. Wybierz wiersz pasujący do Twojego banku i składu chemicznego. W przypadku banków 24 V ta sama wartość Ah oznacza dwukrotnie większą energię w porównaniu z 12 V, więc zapotrzebowanie na energię fotowoltaiczną jest zazwyczaj wyższe, aby osiągnąć podobny czas ładowania.

Jeśli światło słoneczne jest nierównomierne (zima, zacienienie, mgła przybrzeżna), przesuń w górę w zakresie. Jeśli Twój akumulator jest kwasowo-ołowiowy i regularnie przerywasz ładowanie przedwcześnie, ponownie przesuń go w górę; dodatkowe PV pomaga faktycznie zakończyć wchłanianie, gdy pozwalają na to warunki.

Przepracowane przykłady z liczbami rzeczywistymi

Poniższe przykłady pokazują, jak stosunek panelu słonecznego do akumulatora zmienia się w zależności od celów (autonomia vs prędkość ładowania) i chemii.

Przykład A: kabina 1000 Wh/dzień, 2 dni autonomii, kwasowo-ołowiowy

1. Dzienna energia: 1000 Wh/dzień .
2. Energia użytkowa na 2 dni: 1000 × 2 = 2000 Wh .
3. Nominalna energia akumulatora (50% DoD): 2000 ÷ 0,50 = 4000 Wh .
4. Przy 12 V akumulator Ah ≈ 4000 ÷ 12 ≈ 333Ah (zaokrąglone do 300–400Ah).
5. PV przez 4 szczytowe godziny słoneczne, wydajność 0,75: 1000 ÷ (4 × 0,75) ≈ 333 W (zaokrąglone do 400–600 W dla zdrowia kwasowo-ołowiowego).

Kontrola proporcji (przy użyciu banku 400Ah i PV 600W): 600 ÷ 400 = 1,5 W/Ah . To jest dolny koniec wskazówek dotyczących codziennej jazdy na rowerze dla kwasu ołowiowego; będzie działać najlepiej przy dobrym słońcu i ostrożnym zarządzaniu obciążeniem. Jeśli pochmurne dni są częste, przejdź do 800–1000 W znacząco poprawia regenerację.

Przykład B: Samochód kempingowy z akumulatorem LiFePO4 12 V 200 Ah, wymagający szybkiego odzyskiwania

1. Bank baterii: 12V 200Ah (energia nominalna ≈ 2400Wh).
2. Można używać przy 80% DoD ≈ 1920 Wh .
3. Wybierz PV przy 3,5 W/Ah, aby szybko odzyskać: 200 × 3,5 = 700 W .

Przy ~700 W i 4 szczytowych godzinach słonecznych przy wydajności 0,75, dzienne zbiory energii mogą wynosić około 700 × 4 × 0,75 ≈ 2100 Wh/dzień . To wystarczy, aby zastąpić ciężki dzień użytkowania i nadal doładować, co dokładnie oznacza „szybki powrót do zdrowia” w praktyce.

Typowe ograniczenia, które mogą zastąpić stosunek

Nawet jeśli stosunek panelu słonecznego do akumulatora jest „idealny”, ograniczenia sprzętowe mogą wymusić dostosowanie rozmiaru fotowoltaiki, napięcia systemu lub wyboru kontrolera ładowania.

Limit prądu kontrolera ładowania (najczęstsze wąskie gardło)

Prąd wyjściowy sterownika musi wytrzymać szczytowy prąd ładowania. W przybliżeniu: maksymalny prąd ładowania ≈ waty fotowoltaiczne ÷ napięcie ładowania akumulatora. Przykład: 1000 W do banku 12 V może oznaczać ~1000 ÷ 14 ≈ 71A . Jeśli masz kontroler 60 A, potrzebujesz większego kontrolera, wielu kontrolerów lub wyższego napięcia systemowego.

Rozmiar falownika nie określa rozmiaru PV, ale określa obciążenie akumulatora

Duży falownik może pobierać duże prądy z małego akumulatora, powodując spadek napięcia i zmniejszenie użytecznej pojemności. Jeśli obciążenia szczytowe są wysokie (kuchenka mikrofalowa, czajnik, narzędzia), może być potrzebna większa pojemność akumulatora, wyższe napięcie systemu (24 V/48 V) lub jedno i drugie. Następnie należy ponownie sprawdzić zestaw fotowoltaiczny, aby stosunek pozostał prawidłowy podczas ładowania.

Pogoda i sezonowe godziny nasłonecznienia (Twój współczynnik musi przetrwać najgorszy miesiąc)

Współczynnik, który sprawdza się latem, może zawieść zimą, jeśli liczba godzin szczytu słonecznego znacznie spadnie. Jeśli potrzebujesz niezawodności przez cały rok, dobieraj fotowoltaikę na sezon o najniższym nasłonecznieniu i traktuj zakresy współczynników jako wartości minimalne, a nie średnie.

Znaki, że Twój współczynnik jest nieprawidłowy i jak go poprawić

Najlepszą weryfikacją są dane eksploatacyjne: trendy stanu naładowania, czas do pełnego naładowania oraz częstotliwość osiągania przez akumulator poziomu absorpcji/pływania (lub stanu pełnego naładowania odpowiadającego litowi).

Za mało PV dla akumulatora

• Kwas ołowiowy rzadko osiąga pełne naładowanie; napięcie oscyluje poniżej celów absorpcji.
• Widzisz wielodniowy spadek stanu naładowania, nawet przy „normalnym” nasłonecznieniu.
• Generator (lub energia brzegowa) staje się częstą kulą.

Poprawka: zwiększ moc fotowoltaiczną, zmniejsz dzienne obciążenie lub zmniejsz rozmiar akumulatora, aby przywrócić stosunek do zakresu. W przypadku kwasu ołowiowego priorytetem jest regularne osiąganie pełnego naładowania; często oznacza to odejście ~1,0 W/Ah w kierunku 2,0–3,0 W/Ah (baza 12 V).

Za dużo PV dla sterownika lub okablowania (lub budżetu)

• Kontroler ładowania obcina sygnał wyjściowy przy prądzie znamionowym przez długi czas.
• Nie można bezpiecznie obsłużyć prądu przy istniejących rozmiarach kabli i bezpiecznikach.

Poprawka: przejdź na wyższe napięcie systemowe (24 V/48 V), użyj większego kontrolera lub podziel macierz na wiele kontrolerów. „Za dużo fotowoltaiki” jest zwykle problemem związanym z doborem sprzętu, a nie problemem elektrycznym samego akumulatora.