Studium przypadku TIANON: 8,4 kWp fotowoltaiki, 20 kWh LiFePO4 i hybrydowy falownik 6,5 kW z konstrukcją Surge-Safe

Przegląd projektu

Rodzinny dom o profilu obciążenia typowym dla gospodarstwa rolnego potrzebował niezawodnego systemu zasilania zdolnego do pracy w trybie off-grid. Gospodarstwo domowe korzysta z szerokiej gamy urządzeń – od zamrażarki o mocy 250 W po pompę podnoszącą ciśnienie o mocy 1100 W – a wiele z nich to obciążenia silników indukcyjnych z wysokimi prądami rozruchowymi. Prawdziwym wyzwaniem projektowym nie było zsumowanie mocy znamionowych urządzeń, ale zaprojektowanie systemu uwzględniającego trzy różne wartości mocy: moc ciągłą, maksymalne jednoczesne zapotrzebowanie i prąd rozruchowy.

TIANON zaprojektował hybrydowy system solarny podłączony do sieci, który łączy generację fotowoltaiczną, magazynowanie energii w akumulatorach i automatyczne zasilanie awaryjne, dobrany tak, aby obniżyć miesięczny rachunek za prąd, jednocześnie zapewniając zasilanie domu podczas przerw w dostawie energii z sieci.

Analiza zużycia energii

Pierwszym krokiem było przeliczenie każdego obciążenia na dzienne zużycie energii (moc znamionowa * godziny użytkowania dziennie). Ta tabela stanowi podstawę wszystkich późniejszych decyzji dotyczących wymiarowania.

Należy tu rozróżnić cztery różne wartości mocy, a ich mylenie jest najczęstszym błędem w wymiarowaniu:

• Moc znamionowa (tabliczka znamionowa) — suma podłączonych urządzeń: 5678 W. Samo sumowanie tych wartości jest błędne.
• Moc robocza / eksploatacyjna — rzeczywiste jednoczesne zapotrzebowanie: około 4,0 kW po uwzględnieniu współczynnika różnorodności wynoszącego ~0,7, ponieważ nie wszystkie urządzenia działają jednocześnie.
• Moc rozruchowa / udarowa — chwilowy prąd rozruchowy obciążeń silnikowych. Silnik indukcyjny bezpośrednio podłączony do sieci może pobierać 3–7* swojego prądu znamionowego przez ułamek sekundy.
• Maksymalne jednoczesne obciążenie — obciążenie ciągłe, które falownik musi utrzymać: ≈4,0 kW.

Obciążenia silnikowe – pompa podnosząca ciśnienie (1100 W), pompa wodna (750 W), pralka (800 W), zamrażarka (250 W) i lodówka (150 W) – były traktowane oddzielnie pod kątem zachowania podczas rozruchu. Sama pompa podnosząca ciśnienie może wymagać około 4400 W podczas rozruchu (≈4* znamionowej). Projektowanie pod kątem jednoczesnego najgorszego przypadku udaru wskazuje zatem na zakres rozruchowy wynoszący około 8–10 kW – znacznie powyżej prostego sumowania mocy roboczych.

Projekt systemu i dobór sprzętu

Zestaw PV. Minimalny zestaw = 18,04 kWh/dzień ÷ (3,5 godziny szczytowego nasłonecznienia * 0,8 współczynnik strat systemu) ≈ 6,44 kWp. TIANON zaleca 8,4 kWp (14 * 600 W modułów monokrystalicznych N-type TOPCon) aby pokryć straty konwersji, ładowanie akumulatorów i długoterminową degradację z solidnym zapasem.

Akumulator. Przy około połowie dziennego zużycia energii w nocy i celu zapewnienia jednodniowej autonomii, wymagane jest około 18 kWh użytecznej pojemności magazynowej. Przy 80% głębokości rozładowania daje to ≈22,5 kWh. TIANON specyfikuje 20,48 kWh LiFePO4 (4 * 5,12 kWh jednostki ścienne) – bezpieczna, o wysokiej liczbie cykli, stabilna termicznie chemia z zintegrowanym BMS.

Falownik hybrydowy. Hybrydowy falownik 6,5 kW podłączony do sieci pokrywa ciągłe obciążenie ≈4,0 kW z dużym zapasem i około 13 kW zdolności udarowej do rozruchu pomp. Koordynuje on PV, akumulator, sieć i zasilanie awaryjne w jednej jednostce.Elementy systemu (strona DC/AC).

DC: skrzynka rozdzielcza, izolator DC, ochronnik przeciwprzepięciowy DC typu 2 (1000 V), bezpieczniki strunowe 15 A, złącza MC4 i szyny montażowe. AC: izolator AC, ochronnik przeciwprzepięciowy AC, wyłącznik sieciowy, RCD i główny panel dystrybucyjny. Plus pełny system uziemienia, zarządzanie kablami i ochrona odgromowa.Generacja energii słonecznej i zasilanie awaryjne z akumulatora

Dzienna generacja: 8,4 kWp * 3,5 h * 0,8 ≈

• 23,5 kWh/dzieńMiesięczna generacja: ≈
• 706 kWhRoczna generacja: ≈
• 8470 kWhW ciągu dnia PV zasila bezpośrednio obciążenia i ładuje akumulator; nadwyżka jest eksportowana do sieci. W nocy bank akumulatorów LiFePO4 zasila dom. W przypadku awarii sieci falownik hybrydowy przełącza się w tryb awaryjny z płynnym przełączeniem poniżej 20 ms – automatycznie utrzymując zasilanie zamrażarki, lodówki i routera.

Szacowany koszt i oszczędności

Poniższe dane to

szacunki inżynieryjne oparte na aktualnych typowych cenach rynkowych; ostateczna wycena zależy od lokalnych kosztów robocizny, transportu i warunków na miejscu.Element

162 USD (plus kredyty za eksport nadwyżki generacji).Zwrot z inwestycji / Okres zwrotu

Szacowany okres zwrotu = koszt systemu ÷ miesięczne oszczędności = 13200 USD ÷ 162 USD ≈ 82 miesiące ≈

6,8 roku. Po okresie zwrotu system nadal generuje praktycznie darmową energię elektryczną przez ponad 20 lat, a bank akumulatorów LiFePO4 jest przystosowany do ponad 6000 cykli. Rosnące taryfy za energię i niestabilność sieci skracają ten okres w praktyce.Dlaczego TIANON

Ten przypadek pokazuje, dlaczego systemu magazynowania energii nie można wymiarować poprzez proste sumowanie wszystkich mocy znamionowych. TIANON projektuje systemy uwzględniające rzeczywiste zachowanie obciążeń – rozdzielając moc roboczą, maksymalne jednoczesne obciążenie i prąd rozruchowy silników – tak, aby urządzenia o wysokim prądzie rozruchowym, takie jak pompa podnosząca ciśnienie, pompa wodna, zamrażarka, lodówka i pralka, uruchamiały się niezawodnie bez powodowania niepotrzebnych wyłączeń falownika. Integrując panele fotowoltaiczne, magazyn energii LiFePO4, falownik hybrydowy i przyłącze sieciowe, TIANON zapewnia niższe rachunki, wysoki poziom samokonsumpcji energii słonecznej i niezawodne zasilanie awaryjne w jednym, zaprojektowanym pakiecie. Dla klientów preferujących zintegrowane rozwiązanie, TIANON oferuje również gotowy

system magazynowania energii dla domu typu wszystko w jednym, który łączy falownik i akumulator w jednej obudowie.Podsumowanie projektu

Dzienne zużycie energii