Тематическое исследование TIANON: 8,4 кВтp солнечной энергии, 20 кВтч LiFePO4 и 6,5 кВт гибридный инвертор с защищенной от перенапряжений конструкцией

Обзор проекта

Семейному дому с профилем нагрузки в стиле фермерского дома требовалась надежная автономная система электропитания. В домохозяйстве используется широкий спектр бытовой техники — от морозильной камеры мощностью 250 Вт до бустерного насоса мощностью 1100 Вт — и несколько из них являются индуктивными нагрузками с электродвигателями и высокими пусковыми токами. Реальная задача проектирования заключалась не в суммировании номинальных мощностей приборов, а в разработке системы, учитывающей три различные цифры мощности: непрерывную рабочую мощность, максимальную одновременную потребляемую мощность и пусковой ток.

TIANON разработала гибридную солнечную систему, подключенную к сети, которая сочетает в себефотоэлектрическую генерацию, аккумуляторное хранение энергии и автоматическое резервное питание, рассчитанную на снижение ежемесячного счета за электроэнергию при сохранении работоспособности дома во время отключений сети.

Анализ энергопотребления

Первым шагом было преобразование каждой нагрузки в ежедневную энергию (номинальная мощность * часы использования в день). Эта таблица является основой для всех последующих решений по подбору оборудования.

Здесь необходимо разделить четыре различные цифры мощности, и их смешение является самой распространенной ошибкой при подборе оборудования:

• Номинальная (паспортная) мощность— подключенная сумма: 5678 Вт. Простое суммирование этих значений неверно.
• Рабочая / эксплуатационная мощность— фактическая одновременная потребляемая мощность: около 4,0 кВт после применения коэффициента разнообразия ~0,7, поскольку не все приборы работают одновременно.
• Пусковая / пиковая мощность— кратковременный пусковой ток нагрузок с электродвигателями. Индукционный двигатель прямого включения может потреблять в 3–7 раз больше номинального тока в течение доли секунды.
• Максимальная одновременная нагрузка— непрерывная нагрузка, которую должен выдерживать инвертор: ≈4,0 кВт.

Нагрузки с электродвигателями — бустерный насос (1100 Вт), водяной насос (750 Вт), стиральная машина (800 Вт), морозильная камера (250 Вт) и холодильник (150 Вт) — рассматривались отдельно с точки зрения пускового тока. Один только бустерный насос при запуске может потреблять около 4400 Вт (≈4 * номинальная мощность). Таким образом, проектирование с учетом одновременного наихудшего пускового тока указывает на диапазон пусковых токов примерно 8–10 кВт — значительно выше простого суммирования рабочих ватт.

Проектирование системы и выбор оборудования

Фотоэлектрическая (PV) система. Минимальная система = 18,04 кВтч/день ÷ (3,5 пиковых солнечных часов * 0,8 коэффициент снижения системы) ≈ 6,44 кВтпик. TIANON рекомендует8,4 кВтпик (14 * 600 Втмодули N-типа TOPCon монокристаллические)для покрытия потерь при преобразовании, зарядки аккумулятора и долгосрочной деградации с достаточным запасом.

Аккумулятор. Поскольку примерно половина дневной энергии потребляется ночью, а целевая автономность составляет один день, требуется около 18 кВтч полезной емкости хранения. При 80% глубине разряда это составляет ≈22,5 кВтч. TIANON устанавливает20,48 кВтчLiFePO4(4 * 5,12 кВтч настенных блоков) — безопасная, высокоцикличная, термически стабильная химия с интегрированной BMS.

Гибридный инвертор. Гибридный инвертор мощностью6,5 кВт, подключенный к сетипокрывает непрерывную нагрузку ≈4,0 кВт с большим запасом и пиковой мощностью около 13 кВт для запуска насосов. Он координирует работу PV, аккумулятора, сети и резервного питания в одном устройстве.Системные компоненты (сторона DC/AC).

DC: блок комбинирования строк, изолятор DC, УЗИП типа 2 DC (1000 В), предохранители строк на 15 А, разъемы MC4 и монтажные рейки. AC: изолятор AC, УЗИП AC, автоматический выключатель для подключения к сети, УЗО и главный распределительный щит. Плюс полная система заземления, кабельный менеджмент и молниезащита.Солнечная генерация и резервное питание от аккумулятора

Ежедневная генерация: 8,4 кВтпик * 3,5 ч * 0,8 ≈

• 23,5 кВтч/деньЕжемесячная генерация: ≈
• 706 кВтчЕжегодная генерация: ≈
• 8470 кВтчВ дневное время PV напрямую питает нагрузки и заряжает аккумулятор; любой избыток экспортируется в сеть. Ночью банк LiFePO4 обеспечивает дом энергией. При сбое в сети гибридный инвертор переключается в режим резервного питания с бесшовным переключением менее чем за 20 мс — автоматически поддерживая работу морозильной камеры, холодильника и маршрутизатора.

Оценочная стоимость и экономия

Следующие цифры являются

инженерными оценкамина основе текущих типичных рыночных цен; окончательная смета зависит от местных трудозатрат, стоимости доставки и условий на объекте.Наименование

162 $(плюс кредиты за экспорт избыточной генерации).ROI / Срок окупаемости

Оценочный срок окупаемости = стоимость системы ÷ ежемесячная экономия = 13200 $ ÷ 162 $ ≈ 82 месяца ≈

6,8 года. После окупаемости система продолжает генерировать практически бесплатную электроэнергию в течение 20+ лет, при этом банк LiFePO4 рассчитан на 6000+ циклов. Рост тарифов на коммунальные услуги и нестабильность сети сокращают этот период на практике.Почему TIANON

Этот пример показывает, почему нельзя подбирать размер системы хранения энергии, просто суммируя все номинальные мощности. TIANON проектирует системы, учитывая реальное поведение нагрузки — разделяя рабочую мощность, максимальную одновременную нагрузку и пусковой ток электродвигателей — чтобы оборудование с высоким пусковым током, такое как бустерный насос, водяной насос, морозильная камера, холодильник и стиральная машина, надежно запускалось без ложных срабатываний инвертора. Интегрируя солнечные PV, хранение LiFePO4, гибридный инвертор и подключение к сети, TIANON обеспечивает снижение счетов, высокое потребление собственной солнечной энергии и надежное резервное питание при отключениях в одном инженерном решении. Для клиентов, предпочитающих готовое интегрированное решение, TIANON также предлагает комплексное

универсальное решение для хранения энергии в доме, которое объединяет инвертор и аккумулятор в одном корпусе.Сводка проекта

Ежедневное энергопотребление