オフグリッド太陽光発電システムはどのように機能するのでしょうか?コンポーネント、フロー、サイジングの説明

小屋は最後の電柱を過ぎて 4 キロメートル離れたところにあり、送電網運営会社は線路を延長するために 1 キロメートルあたり 5 桁の金額を望んでいます。その時点で、自分で電気を生成して蓄えることはライフスタイルの選択ではなくなり、単純な計算になります。では、オフグリッド太陽光発電システムはどのように機能するのでしょうか?本質的には、4 段階のループを毎日実行します。太陽光発電パネルが太陽光を直流 (DC) に変換し、充電コントローラーまたはハイブリッド インバーターがその電流を調整して安全に配線し、バッテリー バンクが家庭ですぐに使用しないものを保管し、インバーターが保管された DC を家電製品が期待する電圧と周波数の交流 (AC) に変換します。背後に電力網が存在しないため、各ステップで需要を 100% カバーする必要があります。ネットメーターや電力網のフォールバックはなく、日没後のセカンドチャンスもありません。

作業サイクル: 太陽光からソケットまでの 4 つのステップ

このテクノロジーを理解する最も明確な方法は、典型的な 1 日を通してエネルギーの 1 単位を追跡することです。

1. 世代。 パネルは光が当たるたびに DC 電力を生成します。中央ヨーロッパにある最新の 450 W 単結晶モジュールの発電量は、晴れた夏の日には約 1.2 ～ 1.6 kWh ですが、12 月にはわずか 0.4 ～ 0.9 kWh であり、その季節差が設計プロセス全体の原動力となっています。
2. 規制。 充電コントローラーの MPPT 回路は、アレイをその最大電力点 (理論上の最適値の約 1 ～ 2% 以内で追跡) に保持し、バルク、吸収、フロートの各ステージを通じてバッテリーへの電流を測定するため、セルが過充電されることはありません。
3. ストレージ。 余剰エネルギーはバッテリーバンクに充填されます。現在の住宅用ビルドでは、これは 48 V プラットフォーム上のリン酸鉄リチウム (LiFePO4) を意味します。90% 以上の使用可能な放電深度、フラットな電圧曲線、および 6,000 サイクルを超えるサイクル寿命を示します。
4. 変換。 インバーターはバッテリーから DC を取り出し、純粋な正弦波 AC 出力 (ヨーロッパでは 230 V/50 Hz、北米では 120/240 V/60 Hz) を 93 ～ 97% の変換効率で生成します。

暗くなると、ループが逆に実行されます。バッテリーがインバーターに電力を供給し、インバーターが家に電力を供給します。太陽が戻ると、アレイは日中の負荷を運びながらバンクを再充電します。曇りの天候が長く続く場合、ほとんどのハイブリッド インバーターは専用の AC 入力でバックアップ発電機も受け入れます。ユニットは発電機と同期し、バッテリーを自動的に充電します。発電機を購入しない場合でも、その入口を指定しておけば、設計時にほとんどコストがかからず、最悪の場合にシステムを救うことができます。

実際の作業を行うコンポーネント

4 つのコンポーネント グループがシステムを担っており、それぞれが異なるエンジニアリングの質問に答えます。

ソーラーパネル: 生産天井

パネルは他のすべての上限を設定します。現在、住宅用単結晶モジュールの出力はおよそ 400 W ～ 620 W に達しており、レイアウトの詳細はオングリッドよりもオフグリッドの方が重要です。明るい色の砂利の上に取り付けられた両面受光モジュールは、背面反射からさらに 5 ～ 15% を得ることができ、一方、単一の影付き煙突はストリング全体の出力を何時間も抑制することができます。オフグリッド アレイは、一年で最悪の月に合わせてサイズ設定されているため、同じ日の消費量を供給するグリッドで結ばれた屋根よりも多くのパネルを日常的に搭載しています。

MPPTチャージコントローラー内蔵ハイブリッドインバーター

現在設置されているほとんどのシステムでは、コントローラーとインバーターが 1 つのハイブリッド ユニット内に組み込まれています。一般的な 5 kW 単相モデルは、2 つの独立した MPPT トラッカー全体で 6 ～ 8 kW の PV 入力を受け入れ、最大約 500 ～ 650 V DC の開回路電圧に耐え、太陽光発電の出力が低下すると、約 4 ～ 10 ミリ秒以内にバッテリー電源に移行します。これは、コンピュータの電源がオンのままで、コンプレッサーが停止しない程度に十分な速さです。 Deye や Solis などの確立されたブランドは、データシートで転送時間、MPPT カウント、ピーク効率を公開しており、これら 3 つの数値は価格と同じくらい注目に値します。

Deeye SUN-5K-SG03LP1-EU 5kW 単相ハイブリッド インバーター デュアル MPPT トラッカーと高速バッテリー転送を備えた 5 kW ハイブリッド ユニット、コントローラー - インバーター コアについてはカードの前で説明しました。公開されている転送時間、MPPT カウント、効率の数値を参考に、価格と照らし合わせて確認する価値があります。 製品を見る→

バッテリーバンク: 独立性が実際に生きる場所

太陽光が当たらない時間はバッテリーによって決まります。LiFePO4 は 3 つの測定可能な理由で鉛酸に取って代わりました。1 つは約 50% に対して 90 ～ 100% の使用可能容量、500 ～ 1,200 回に対して数千回の充電サイクル、そしてバンクがほぼ空になるまでインバーターを安定に保つフラットな放電電圧です。標準的な構成要素は、約 5.12 kWh を蓄える 51.2 V、100 Ah モジュールです。追加のモジュールを積み重ねたりラックに置いたりすることで容量が増加し、オンボードのバッテリー管理システム (BMS) がセルのバランスをとり、安全な限界で切断されます。

Deeye SE-F5 プロ 5.12kWh 51.2V LiFePO4 バッテリー 51.2 V、100 Ah LiFePO4 モジュールは、100 A の連続電流と BMS 保護を備え、約 5.12 kWh を蓄電します。ここで説明するビルディング ブロック バッテリーと一致し、ストレージのニーズの増大に合わせて拡張も可能です。 製品を見る→

サポートキャストも重要です。 DC コンバイナ ボックスはヒューズ付き入力の後ろでストリングを結合し、PV ケーブルは電圧降下が 2 ～ 3% 未満に収まるようにサイズ設定する必要があり、MC4 コネクタはシステムの電圧定格と一致する必要があり、データ ロガーを使用すると、機器の壁に行かなくても電話で充電状態と毎日の発電量を監視できます。これらの部品はいずれもバッテリーに比べてそれほど高価ではなく、価値設計で排除されると、いずれも一般的な障害の原因となります。

オフグリッド vs グリッドタイド vs ハイブリッド: グリッドなしでは何が変わるのか

3 つのアーキテクチャはすべて同じ物理的性質を共有していますが、バッテリーとインバーターは、ユーティリティラインが存在するかどうかに応じて、まったく異なる役割を果たします。以下の表は、設計と予算の両方に影響を与える実際的な違いをまとめたものです。

サイジング: オフグリッド プロジェクトが成功するか失敗するか

規模が小さい送電網所有者は、電力会社から不足分を購入するだけです。オフグリッドの所有者は、暗い家を手に入れるか、毎晩発電機を稼働させます。インストーラーが実際に従うサイジング シーケンスには 4 つのステップがあります。

1. 負荷を監査します。 すべてのアプライアンスをリストし、ワット数に稼働時間をかけ、スタンバイ消費を追加します。効率がそれほど高くない家庭では、一般に 1 日あたり 8 ～ 12 kWh の電力が使用されます。冷蔵庫が 1.5 kWh、LED 照明が 0.5、給水ポンプが 0.8、洗濯機が 0.8、電化製品とルーターが 0.4 です。さらに、忘れていた負荷の 20% のマージンがかかります。
2. 最も悪い月に配列のサイズを設定します。 1 日あたりの kWh ÷ (ピーク日照時間 × 0.75 システム出力低下)。 1 日あたり 10 kWh、冬季の太陽時間 2.8 時間の場合、10 ÷ (2.8 × 0.75)、つまり約 4.8 kW のパネル、つまり 450 W モジュール 10 ～ 12 個となります。
3. 自律性に基づいて銀行の規模を決定します。 1 日の負荷 × 自立日数 ÷ 使用可能な放電深度。 10 kWh および 1.5 日間の自立の場合: 10 × 1.5 ÷ 0.9、つまり、設置されているリチウム容量は約 16.7 kWh になります。
4. 日常のエネルギーではなく、ピーク時の需要に応じてインバーターのサイズを決定します。 同時に実行できるものをすべて合計して、モーターのサージを確認します。コンプレッサーとポンプは起動時に定格電力の 2 ～ 3 倍を消費するため、家庭用のピーク電力が 5 kW であれば、通常は 6 ～ 8 kW のユニットが正当化されます。

演算が複雑に見える場合は、段階的なオフグリッド設計ガイドで実際の例を使用して各計算を実行します。あるいは、アレイ、インバーター、およびストレージが一致する番号で到着するため、事前に設計されたキットでは 4 つのステップが 1 つの決定に集約されます。

10KWhのストレージを備えた5KWオフグリッドソーラーキット 5 kW アレイとインバーターを 10 kWh の対応するストレージと組み合わせた事前設計されたキットで、サイジングのステップを 1 つの決定に集約します。注文する前に、インバーターとバッテリーのブランド間の CAN バス通信を確認してください。 製品を見る→

たとえば、10 kWh のストレージを備えた 5 kW キットは、効率的な家電製品とガスまたは薪暖房を備えた 2 人世帯に適合します。経験から導かれた調達上の警告の 1 つは、確認済みの CAN バス通信を行わずにインバーターとバッテリーのブランドを混合することです。これは、私たちが目にする最も一般的な仕様ミスです。ハードウェアは通常は動作しますが、充電パラメータとハンドシェイク プロトコルは両方のデータシートに対して検証する必要があり、決して想定されていません。

オフグリッド太陽光発電が理にかなっている場合とそうでない場合

テクノロジーは成熟しています。この決定は経済的なものです。

• 有力な候補者: 遠隔地の小屋や農場では、システム全体よりも回線の延長に費用がかかる場合があり、通信局や気象観測所、農業用ポンプ、送電網が単に存在しない RV やボートなどです。
• 境界例: 信頼性の低い送電網に接続されている家庭。純粋なオフグリッドも機能しますが、通常はグリッドと取引し、停電時にはアイランドと取引するハイブリッド システムは、より少ないバッテリー容量で同様のセキュリティを提供します。
• フィット感が悪い: 郊外の住宅には安定した安価な電力が供給されています。住宅用の蓄電池バンクは、一年のほとんどを半分使わずに放置されており、保険料を返済することはありません。
• 軽作業: キャンプ、作業現場、または家庭の緊急引き出し用に、100 ～ 200 W の折りたたみパネルと組み合わせた 700 W ～ 2,000 W のポータブル発電所は、設置をまったく行わずに、同じ生成、調整、保存、変換のループをポータブル形式で再現します。

オフグリッド太陽光発電システムはブラックボックスではありません。これは、生成、調整、保存、変換という規律あるループ内の 4 つのコンポーネントであり、平均的な日ではなく最悪の週の天候によって設定されたすべてのマージンが設定されています。負荷を正直に監査し、7 月ではなく 12 月に向けて設計し、バッテリーとインバーターが相互に通信できることを確認すると、毎朝無料で届く燃料で同じループが数十年間実行されます。コンポーネントのマッチングをご希望の場合は、 私たちのカタログ パネル、ハイブリッド インバーター、LiFePO4 ストレージは、3 ～ 20 kW の電力クラスにわたる事前構成キットとして出荷されており、当社のチームは汎用テンプレートではなく実際の負荷リストに基づいてシステムのサイズを決定します。