Um pequeno sistema de alimentação off-grid pode apenas precisar de acionar luzes, equipamentos de rede e alguns aparelhos, mas escolher o equipamento ainda envolve mais do que somar a potência impressa em seus rótulos. O array solar deve substituir a energia utilizada todos os dias, a bateria deve cobrir as horas sem luz solar, e o inversor e o controlador de carga devem lidar com as demandas elétricas colocadas sobre eles com segurança.
A abordagem abaixo é destinada ao dimensionamento inicial de uma estação de trabalho remota modesta, circuito de utilidade de cabine ou carga pequena semelhante, não para produzir desenhos elétricos prontos para a construção. Usa um exemplo hipotético de 1 kWh por dia em todo o, para que os cálculos possam ser seguidos e verificados.
Resposta rápida: Comece com o consumo diário em watt-hora (Wh), em seguida, estimar o armazenamento da bateria a partir dos dias de backup desejados e profundidade de descarga permitida. Tamanho do array solar usando local-específico horas de pico do sol e perdas realistas. Finalmente, verifique a potência do inversor, cargas de inicialização, tensão da bateria e limites do controlador de carga. Os resultados são preliminares e requerem verificação específica do equipamento.
Calcule o uso diário de energia antes de dimensionar o seu sistema
No dimensionamento do sistema solar fora da rede, o primeiro número útil é a energia consumida por dia, não a potência máxima de um painel solar. Um dispositivo de 60 W que funciona por uma hora consome 60 Wh; o mesmo dispositivo que funciona por dez horas consome 600 Wh. Grave os dispositivos a ser alimentados, sua potência de entrada medida ou placa de nome e suas horas diárias de operação esperadas.
Para uma hipotética estação de trabalho remota, assuma as seguintes cargas. Os valores são ilustrações, não um projeto de cliente medido ou especificações de equipamentos RoadSmart.
| Carga hipotética | Poder de entrada | Horas por dia | Consumo diário |
|---|---|---|---|
| Iluminação LED | 20 W | 6 h | 120 Wh |
| Ventilador pequeno | 35 W | 8 h | 280 Wh |
| Equipamentos de rede | 15 W | 24 h | 360 Wh |
| Portátil | 60 W | 4 h | 240 Wh |
| Total | 1,000 Wh/dia |
Energia diária (Wh) = potência do dispositivo (W) × horas de operação (h). Aqui a carga requer 1,000 Wh, ou 1 kWh, por dia antes de contabilizar as perdas de conversão. Esse número não indica a saída contínua necessária do inversor: vários dispositivos podem funcionar simultaneamente, e equipamentos motorizados podem exigir uma potência de arranque mais elevada do que o seu valor de operação normal.
Se alguns equipamentos utilizarem a energia de corrente contínua diretamente, separem essas cargas dos aparelhos fornecidos através de um inverter de corrente alternada. Esta distinção importa porque as perdas de inverter não se aplicam necessariamente a todo o sistema da mesma forma.
Quanto armazenamento de bateria um sistema fora de grade precisa?
O dimensionamento da bateria solar fora da rede começa com a energia necessária durante os períodos em que a matriz não consegue produzir electricidade suficiente. A capacidade da bateria é normalmente expressa como energia (Wh ou kWh), enquanto que as amp-horas (Ah) só descrevem a capacidade de carga a uma tensão nominal especificada. Ao comparar as opções de armazenamento, use Wh junto com a profundidade de descarga permitida (DoD), os limites de temperatura e as restrições operacionais do sistema de gestão da bateria.
Suponha que a estação de trabalho precise de dois dias de autonomia e, para simplicidade, todos os 1,000 Wh/dia do exemplo cargas são servidos através de um inversor operando com uma suposta eficiência de conversão de 90%. Com um teor hipotético 80% utilizável de DoD, uma estimativa inicial de energia nominal da bateria é:
Armazenamento nominal da bateria ‡ (1,000 Wh/dia × 2 dias) ÷ (0.90 × 0.80) ‡ 2,778 Wh (2.78 kWh).
Este é um cálculo de ensino, não uma recomendação para comprar uma bateria de 2.78 kWh. O pressuposto DoD e a eficiência de conversão não são especificações universais da bateria. Os projetos reais também devem considerar perdas de espera, envelhecimento da bateria, potência de descarga admissível, efeitos de temperatura e limites de reserva e carga do fabricante. Se parte da carga é fornecido diretamente como DC, use eficiências separadas em vez de aplicar a suposição de CA a tudo.
Dois dias de autonomia da bateria não significa por si só que um período de dois dias nublado será seguido por uma bateria totalmente carregada. O array solar deve eventualmente reabastecer energia removida do armazenamento, enquanto continua a apoiar a demanda diária.
Painéis solares de dimensionamento para um sistema de energia off-grid
O dimensionamento de painéis solares para um sistema fora da rede requer uma estimativa da energia disponível no local de instalação. As horas de sol pico (PSH) expressam o recurso solar diário em horas equivalentes a 1,000 W/m², em vez do número de horas entre o nascer e o pôr do sol. Para um local de ano todo, o mês limitante pode importar muito mais do que a média anual.
Para uma ilustração preliminar separada de energia diária, suponha que o exemplo deve substituir 1,000 Wh por dia, o local recebe 4 PSH por dia e o fator de conversão/operação combinado da classificação do array para energia de carga diária fornecida é 75%. A estimativa inicial do array é:
Classificação do array PV ‡ 1,000 Wh/dia ÷ (4 h/dia × 0.75) ‡ 333 Wp.
Esta fórmula ilustra um balanço energético diário médio; 333 Wp não é um tamanho de array garantido ou pronto para projeto. O fator 75% é uma única licença simplificada e não deve ser combinado com as mesmas perdas novamente. Irradiância de inverno, sombreamento, inclinação do painel, sujeira, temperatura, limites de carga e energia necessários para recuperar após dias turvoso pode exigir um array substancialmente maior. Um projeto mais detalhado deve modelar o caminho energético para cada carga e evitar misturar os pressupostos de eficiência entre a bateria e os cálculos fotovoltaicos.
Use dados de irradiação específicos da localização, de preferência mensais e não apenas números anuais. Para instalações remotas, confirme se árvores próximas, edifícios ou geometria de montagem podem sombrear os módulos durante as horas que mais importam.
Como escolher o tamanho do inverter de fora da grade direita
O dimensionamento do inverter fora da rede é um problema de energia, bem como um problema de energia. A classificação contínua do AC do inverter deve suportar os aparelhos que podem funcionar ao mesmo tempo. Sua capacidade de sobrecarga também deve suportar demandas compatíveis de arranque de motor ou compressor sem exceder os limites do fabricante.
Para a ilustração de 1 kWh/dia, as potências de funcionamento listadas totalizam 130 W se os quatro funcionarem juntos. Isto não estabelece uma classificação adequada do inversor: uso real do pico, fator de potência, demanda de espera, características de sobrecarga e quaisquer cargas futuras ainda precisam de verificação. Um frigorífico ou bomba poderia alterar a exigência muito mais do que a sua parte de Wh diário sugere.
Confirme a tensão e frequência de saída, o ciclo de trabalho esperado, a gama de tensão da bateria e os requisitos de proteção. A saída de onda pura é comumente adequada para equipamentos de CA sensíveis, mas um pequeno sistema que serve apenas dispositivos de DC compatíveis pode não exigir um inverter de CA. Não selecione um inverter de consumo de energia diário sozinho.
Combinando o controlador de carga com o array solar e bateria
Um controlador de carga conecta o array fotovoltaico à carga compatível da bateria. Controlador de carga solar dimensionamento significa verificar mais do que um número de potência principal: verificação permitida PV tensão de circuito aberto à temperatura mais baixa esperada, a janela de tensão MPPT operando, corrente de entrada/saída permitida, tensão nominal da bateria e perfil de carga.
A configuração de cadeia de módulo solar deve permanecer dentro dos limites de tensão publicados pelo controlador em condições de local esperado. Da mesma forma, a corrente máxima de carga não deve exceder a taxa permitida pelo fabricante da bateria ou as restrições BMS. Tamanho do cabo, fusão, isolamento, terragem e outras medidas de proteção elétrica devem seguir os códigos locais aplicáveis e requisitos de design de sistema qualificado.
Um gerador solar integrado pode já incluir uma fase de carregamento e um inversor adequados. Nesse caso, avaliar o seu intervalo de entrada solar publicado, classificação de saída de CA e energia da bateria em vez de assumir um controlador externo ou inversor deve ser adicionado.
Um exemplo trabalhado de tamanho do sistema solar fora da grade
A mesma hipotética estação de trabalho pode agora ser revista como um conjunto coerente de pressupostos. A tabela é deliberadamente uma folha de trabalho preliminar, não uma conta de materiais ou uma configuração RoadSmart testada.
| Input ou resultado do projeto | Valor de exemplo | O que significa |
|---|---|---|
| Energia diária de carga | 1,000 Wh/dia | Som dos aparelhos de exemplo enumerados |
| Alvo de autonomia da bateria | 2 dias | O objetivo de armazenamento sem uma reposição solar adequada |
| Suposta eficiência do inverter para cargas AC | 90% | Utilizado apenas na ilustração da bateria |
| Supostamente utilizável DoD | 80% | Indemnização de funcionamento hipotética |
| Energia nominal inicial da bateria | ≈2.78 kWh | Antes do envelhecimento, ajustes de temperatura e de espera |
| Supostas horas diárias de pico do sol | 4 h | Apenas ilustração; deve utilizar os dados do local |
| Fator de VP a carga diária suposto | 75% | Um fator simplificado para a estimativa inicial do VP |
| Classificação inicial do array | ≈333 Wp | Substitui a carga diária média sob pressupostos declarados; não o dimensionamento da recuperação |
| Inverter e controlador | Não seleccionado | Exigir carga simultânea/inicial e especificações reais do equipamento |
As duas estimativas servem diferentes questões de projeto. A figura de 2.78 kWh diz respeito à energia armazenada para uma reserva de dois dias, enquanto que 333 Wp diz respeito a uma exigência de geração média diária suposta. Seria incorreto apresentá-las como um pacote completo, validado fora da rede. O sistema ainda requer cheques de compatibilidade do equipamento e avaliação da estação menos favorável, tempo de recarga e segurança elétrica aplicável.
A linha de micro armazenamento solar e geradores da RoadSmart inclui geradores solares integrados HopePower, bem como opções de bateria LiFePO₄ autônomas. Suas saídas CA, energias de bateria e limites de carga solar variam por modelo. Um gerador integrado e uma bateria autônoma não são produtos intercambiáveis: a última requer equipamentos de carga e conversão compatíveis para fornecer cargas de CA. Use a planilha de dimensionamento para definir o que deve ser verificado contra uma ficha técnica específica do produto, em vez de assumir que um modelo atenderá o exemplo automaticamente.
micro-arredo solar e gama de geradores
Por que o desempenho real-mundo fora-grade pode diferir
Um cálculo completado com uma única estimativa de dia-sol pode realizar mal em um local sombreado ou sazonal. A colheita solar muda com o mês e a geometria da instalação; as baterias podem fornecer menos energia usável em condições frias ou quentes; e os inversores podem consumir eletricidade mesmo quando as cargas conectadas são pequenas. As cargas reais também raramente seguem exatamente o mesmo horário todos os dias.
Uma revisão útil do projeto, portanto, testa mais do que um dia típico. Verifique meses de baixo sol, a noite de operação mais longa esperada, recuperação da bateria após mau tempo, e picos de carga simultâneos. Para equipamentos essenciais, definir a continuidade de serviço necessária e um plano de backup ou de carga-escavamento adequado em vez de tratar uma planilha de energia média como uma garantia.
Perguntas Frequentes Sobre o tamanho do sistema off-grid
Posso dimensionar todo o sistema usando apenas a potência total dos meus aparelhos?
No. Watts indicam a potência em um momento no tempo, enquanto Wh mede a energia usada ao longo do tempo. Horários de operação diários determinam os requisitos de armazenamento e carga; cargas simultâneas e ondas de arranque determinam os limites relevantes do inverter.
Dois dias de autonomia são suficientes para cada local fora da rede?
Não. A reserva necessária depende da luz solar sazonal, requisitos de carga crítica, risco de interrupção aceitável e se a carga de backup está disponível. Dois dias é apenas a suposição usada no exemplo trabalhado.
Preciso sempre de um inversor para um pequeno sistema solar fora da rede?
Não necessariamente. Cargas compatíveis apenas em CC podem ser alimentadas através de equipamentos DC desenhados adequadamente. É necessário um inversor quando o sistema deve fornecer cargas AC, a menos que uma unidade integrada já forneça a saída AC relevante.
Posso conectar qualquer painel solar a um gerador solar ou controlador de carga?
Não. A tensão do painel, a corrente, a disposição do conector e a configuração do array devem corresponder aos limites de entrada publicados do dispositivo. A tensão em condições de frio e os requisitos de carga da bateria também importam; não faça alterações sem orientação aprovada pelo fabricante.
Porque é que um sistema com capacidade suficiente de bateria ainda pode desligar?
As possíveis causas incluem energia excessiva simultânea, demanda de sobrecarga, limites BMS, baixo estado de carga da bateria, restrições de temperatura ou configurações elétricas incompatíveis.
Conclusão
Uma estimativa útil de pequenos sistemas começa com a demanda de energia, depois conecta a reserva de bateria, a produção solar e os limites elétricos do equipamento. Os cálculos acima mostram como construir uma planilha inicial, ao mesmo tempo que deixa claro onde começam os pressupostos parar e a engenharia baseada em datasheet. Para um projeto proposto, compartilhar o horário de carga diária, localização da instalação e tempo de backup esperado quando discutir opções de armazenamento solar compatíveis RoadSmart.
Opções de armazenamento solar RoadSmart
Referências técnicas: Renogy, Guia de Iniciação: Tamanho do seu sistema solar off-grid; VeraSol, Sistemas de Energia Solar off-grid baseados em componentes — Diretrizes de Design de Sistemas (PDF).