استقرار یک سیستم خورشیدی-به‌علاوه-ذخیره‌سازی قدرتمند برای یک اقامتگاه خارج از شبکه کوهستانی در کلرادو، ایالات متحده آمریکا

در بهار سال 2023، یک سیستم خورشیدی-به‌علاوه-ذخیره‌سازی با عملکرد بالا با موفقیت برای یک اقامتگاه خصوصی در کوه‌های راکی ​​در نزدیکی آسپن، کلرادو، راه‌اندازی شد. این پروژه با چالش‌های یک سبک زندگی کاملاً خارج از شبکه، شرایط سخت زمستانی و نیازهای حیاتی برق پشتیبان مواجه بود و از قابلیت‌های پیشرفته اینورترهای هیبریدی سری SP بهره برد. این مطالعه موردی نشان می‌دهد که چگونه راندمان بالا، ردیاب‌های MPPT متعدد و ویژگی‌های حفاظتی جامع این سیستم، یک منبع تغذیه قابل اعتماد و مستقل را برای صاحب‌خانه تضمین کرد.

• موقعیت:یک ملک مسکونی دورافتاده در کوه‌های راکی، خارج از آسپن، کلرادو، ایالات متحده آمریکا.
• جدول زمانی:
  • بررسی سایت و طراحی سیستم: آوریل 2023
  • نصب و راه‌اندازی تجهیزات: می 2023
• پرسنل کلیدی:
  • سرپرست پروژه:آقای جیمز کهلر
  • تکنسین ارشد نصب:خانم النا پترووا
  • صاحب‌خانه:خانواده کارتر

اقامتگاه کارترها کاملاً خارج از شبکه بود و به یک ژنراتور قدیمی به عنوان پشتیبان اصلی متکی بود. آنها که به دنبال یک راه‌حل پایدار، بی‌صدا و قابل اطمینان‌تر برای رسیدگی به بارهای ضروری خود - از جمله گرمایش، پمپ‌های آب و یخچال - بودند، یک سیستم مدرن خورشیدی-باتری را انتخاب کردند. ارتفاع زیاد، بارش برف قابل توجه و نوسانات دمایی زیاد، محیطی دشوار را برای تجهیزات ایجاد کرد.

• استقلال انرژی:دستیابی به خودکفایی کامل انرژی بدون اتصال به شبکه برق عمومی.
• آب و هوای سخت:سیستم به اجزایی نیاز داشت که بتوانند با اطمینان در ارتفاع زیاد (بیش از 1800 متر) و در محدوده دمایی عملیاتی وسیع کار کنند.
• شبکه غیرقابل اعتماد (جایگزینی ژنراتور):از بین بردن وابستگی به یک ژنراتور سوخت فسیلی پر سر و صدا و پرهزینه.
• طرح‌بندی پیچیده سقف:سقف ملک دارای چندین صفحه با جهت‌گیری‌های مختلف و پتانسیل سایه‌اندازی جزئی از درختان کاج اطراف بود.
• قابلیت اطمینان بار بحرانی:اطمینان از برق پشتیبان بدون وقفه برای حفظ عملکردهای ضروری خانه در طول دوره‌های طولانی تابش خورشیدی کم.

پس از یک ارزیابی کامل، تیم مهندسی اینورترهای هیبریدی سری SP را انتخاب کرد، به‌طور خاص یک SP7K6L-UL و یک SP10KL-UL که برای عملکرد موازی پیکربندی شده‌اند. این ترکیب ظرفیت توان و افزونگی لازم را فراهم کرد.ویژگی‌های کلیدی محصول مورد استفاده:راندمان تبدیل بالا:

حداکثر راندمان PV-to-AC اینورترها 98.0٪ برای به حداکثر رساندن برداشت انرژی از فضای محدود سقف موجود بسیار مهم بود.

• ردیاب‌های MPPT متعدد:هر اینورتر دارای سه ردیاب مستقل نقطه توان حداکثر (MPPT) با محدوده ولتاژ عملیاتی 70 ولت تا 540 ولت است. این امر امکان پیکربندی بهینه آرایه‌های PV را در سراسر بخش‌های مختلف سقف فراهم کرد و تلفات انرژی ناشی از سایه‌اندازی را کاهش داد.
• سازگاری با باتری:این سیستم با یک بانک باتری لیتیوم یونی 48 ولتی اسمی جدید ادغام شد که به‌طور کامل توسط محدوده ولتاژ باتری وسیع اینورترها (40 ولت تا 64 ولت) پشتیبانی می‌شود.
• مشخصات محیطی قوی:رتبه محفظه NEMA 3R اینورترها محافظت در برابر رطوبت و بارش برف را فراهم کرد. محدوده دمای عملیاتی آنها (-25 درجه سانتی‌گراد تا 60 درجه سانتی‌گراد) برای زمستان‌های سرد و شرایط متغیر مناسب بود.
• برق پشتیبان بدون وقفه:زمان انتقال کمتر از 10 میلی‌ثانیه تضمین کرد که بارهای بحرانی در هنگام سوئیچ به برق باتری هیچ‌گونه اختلالی را تجربه نخواهند کرد.
• حفاظت جامع:ویژگی‌های ایمنی یکپارچه مانند حفاظت ضد جزیره‌ای، حفاظت از قطبیت معکوس DC، قطع مدار خطای قوس (AFCI) و دستگیره‌های نوسان برای دوام و ایمنی طولانی‌مدت سیستم ضروری بودند.
• پیکربندی سیستم:آرایه PV:

یک آرایه 14 کیلوواتی متشکل از پنل‌های تک کریستالی با راندمان بالا که به‌طور استراتژیک به شش رشته تقسیم شده‌اند.

• ذخیره‌سازی انرژی:یک بانک باتری لیتیوم یونی 25 کیلووات ساعتی.
• اینورترها:دو واحد (SP7K6L-UL و SP10KL-UL) به‌صورت موازی، که خروجی برق پشتیبان ترکیبی 17.6 کیلووات را فراهم می‌کنند.
• نظارت:عملکرد سیستم از طریق ماژول ارتباط بی‌سیم یکپارچه و یک برنامه تلفن همراه همراه ردیابی می‌شود.
• 4. اجرا و راه‌اندازینصب در یک رویکرد فازبندی شده انجام شد:

اینورترها در یک اتاق تاسیسات با تهویه مناسب نصب شدند. رتبه NEMA 3R آرامش خاطر را در مورد قرار گرفتن در معرض محیط‌زیست در داخل فضا فراهم کرد.

1. نصب:رشته‌های PV با استفاده از ترمینال‌های بلوک متصل شدند، با توجه دقیق به توزیع آنها در سراسر MPPTهای موجود برای بهینه‌سازی عملکرد.
2. راه‌اندازی:سیستم فعال شد و تحت آزمایش‌های دقیق قرار گرفت. عملکرد تحت شرایط بار مختلف تأیید شد و سوئیچ‌اور بحرانی کمتر از 10 میلی‌ثانیه به برق پشتیبان با موفقیت نشان داده شد.
3. 5. نتایج و عملکرداین سیستم از می 2023 عملیاتی بوده و از انتظارات عملکرد فراتر رفته است.

این سیستم به‌طور کامل خانه را تغذیه می‌کند و به‌طور کامل نیاز به ژنراتور پشتیبان را به‌جز برای سناریوهای اضطراری شدید از بین می‌برد.

• قابلیت اطمینان عملیاتی:در طول یک طوفان برفی شدید در دسامبر 2023 که سه روز به طول انجامید، بانک باتری که توسط سیستم PV شارژ می‌شد، تمام بارهای بحرانی را بدون وقفه حفظ کرد. سیستم خنک‌کننده فن اینورتر به‌طور موثر اتلاف گرما را حتی در طول حداکثر خروجی مدیریت کرد.
• برداشت انرژی بهینه:داده‌های پلتفرم نظارت تأیید می‌کند که طراحی MPPT متعدد با موفقیت تلفات توان ناشی از سایه‌اندازی جزئی را به حداقل می‌رساند و تقریباً 15٪ انرژی بیشتری را نسبت به یک راه‌اندازی تک اینورتر جمع‌آوری می‌کند.
• رضایت کاربر:صاحبان خانه کاهش قابل توجهی در نویز (از ژنراتور بازنشسته) گزارش می‌دهند و از قابلیت‌های نظارت از راه دور بصری قدردانی می‌کنند.
• 6. نتیجه‌گیریاین پروژه با موفقیت اثربخشی اینورترهای هیبریدی سری SP را در کاربردهای مسکونی خارج از شبکه نشان می‌دهد. ویژگی‌های کلیدی محصول - راندمان بالا، پیکربندی MPPT انعطاف‌پذیر، حفاظت محیطی قوی و انتقال پشتیبان بدون وقفه - مستقیماً مسئول غلبه بر چالش‌های اصلی پروژه بودند. استقرار موفقیت‌آمیز در محیط کوهستانی سخت کلرادو گواهی بر قابلیت اطمینان محصول است و آن را به انتخابی عالی برای خانه‌های مستقل از انرژی در آب و هوای چالش‌برانگیز مشابه تبدیل می‌کند.