Соотношение солнечной панели и аккумулятора: правильный размер фотоэлектрической панели и батарей

Для надежной системы практичное соотношение солнечной панели и аккумулятора заключается в том, чтобы подобрать фотоэлектрическую батарею таким образом, чтобы она могла заряжать аккумуляторную батарею в разумные сроки без хронической недозарядки.

Хорошая отправная точка для систем ежедневного цикла: Свинцово-кислотные: 1,5–3,0 Вт солнечной энергии на 1 Ач (при 12 В). и LiFePO4 (литий): 2,0–5,0 Вт солнечной энергии на 1 Ач (при 12 В) . Если ваша система рассчитана на 24 В, удвойте фотоэлектрическую мощность для того же значения Ач (потому что энергия аккумуляторной батареи удваивается при более высоком напряжении).

Используйте нижний предел диапазона, когда количество солнечных часов стабильно, а нагрузки легкие или сезонные.
Используйте верхний предел, когда вам нужно быстрее восстановиться после пасмурных дней, выполнять более тяжелые ежедневные нагрузки или хотите избежать работы с частичной заряженностью.
Подтвердите соотношение с вашими реальными ограничениями: может ли массив заменить ваше ежедневное потребление энергии и при этом регулярно возвращать аккумулятор на полную мощность?

Что на самом деле означает соотношение солнечной панели и аккумулятора

В большинстве небольших автономных и резервных систем «соотношение солнечной панели и аккумулятора» означает соотношение между: (1) Мощность фотоэлектрической батареи (Вт) и (2) емкость аккумулятора , обычно в Ач при напряжении системы (12 В/24 В/48 В). Соотношение имеет значение, поскольку оно определяет реалистичную скорость перезарядки и то, как часто аккумулятор достигает полной зарядки.

Два способа выразить соотношение (используйте тот, который более понятен)

Вт на Ач при заданном напряжении системы (обычно для автофургонов 12 В/24 В и небольших кают).
Ставка сбора (C-ставка) : ток заряда, разделенный на Ач аккумулятора (более «электротехнически правильно»).

Быстрый мост между ними (приблизительно): Ток заряда фотоэлектрической батареи в банке 12 В составляет примерно PV ватт ÷ 14 В (зарядное напряжение). Пример: 280 Вт Фотоэлектрической батареи в банке 12 В составляет около 20А (280 ÷ 14 ≈ 20). На 200Ач аккумулятор, то есть 0,10С ставка заряда (20 ÷ 200 = 0,10).

Практичные диапазоны соотношения солнечной панели и аккумулятора для распространенных сценариев (PV-ватты на батарею-Ач).
Сценарий	Свинцово-кислотный (12 В): Вт/Ач	LiFePO4 (12 В): Вт/Ач	Типичная цель
Легкие/сезонные нагрузки, устойчивое солнце	0,8–1,5	1,2–2,0	Медленное восстановление приемлемо
Ежедневная езда на велосипеде (дом на колесах, домик, сарай)	1,5–3,0	2,0–5,0	Регулярно заряжайте до полного
Быстрое восстановление (облачные регионы, более высокие нагрузки)	3,0–4,5	5,0–8,0	Быстрое восстановление заряда

Пошаговый метод, благодаря которому соотношение «выпадает» правильно

Само по себе соотношение может ввести в заблуждение, если вы не привяжете его к ежедневному потреблению энергии и солнечному свету. Используйте этот рабочий процесс для логического определения размера фотоэлектрической энергии и емкости аккумулятора, а затем убедитесь, что соотношение находится в нормальном диапазоне.

Шаг 1. Оцените ежедневную энергию (Втч/день)

Сложите нагрузки: Вт × часы в день. Пример: холодильник мощностью 60 Вт в среднем за 10 часов эквивалентной работы составляет 600 Втч/день. Если у вас есть инвертор, позже включите реалистичный коэффициент эффективности системы (типичный общий показатель можно 0,70–0,85 в зависимости от проводки, контроллера, инвертора и температуры).

Шаг 2. Подберите аккумулятор для автономной работы (кВтч).

Выберите автономность (дни) и допустимую глубину разряда (DoD). Полезная энергия аккумулятора (Втч) ≈ Втч в сутки × дни автономной работы. Общая номинальная энергия батареи (Втч) ≈ полезная Втч ÷ DoD. Типичное планирование DoD: Свинцово-кислотный 0,50 , ЛиФеПО4 0,80 (консервативный, увеличивает продолжительность жизни).

Шаг 3: Размер фотоэлектрической энергии на основе солнечных часов (и потерь)

Фотоэлектрические ватты ≈ ежедневные Втч ÷ (пиковые солнечные часы × эффективность системы). Пример: если ежедневное потребление составляет 1000 Втч, пиковые солнечные часы равны 4, а эффективность равна 0,75, PV ≈ 1000 ÷ (4 × 0,75) ≈ 333 Вт . Округлите до следующего практического размера массива (например, 400 Вт).

Шаг 4. Переведите соотношение солнечной панели к аккумулятору и проверьте его работоспособность.

Аккумулятор Ач ≈ номинальный Ач аккумулятора ÷ напряжение системы. Тогда соотношение = PV Вт ÷ аккумулятор Ач. Если соотношение ниже рекомендуемого диапазона для вашего химического состава, увеличьте PV (или уменьшите размер аккумулятора), пока система не сможет надежно достичь полной зарядки.

Практическая таблица размеров: распространенные размеры аккумуляторов в фотоэлектрических ваттах

В таблице ниже рекомендации по соотношению преобразуются в готовые к использованию цифры. Выберите строку, соответствующую вашему банку и химии. Для батарей на 24 В один и тот же номинал Ач представляет собой удвоенную энергию по сравнению с 12 В, поэтому потребности в фотоэлектрических батареях обычно выше для достижения аналогичного времени перезарядки.

Примеры диапазонов фотоэлектрической мощности получены на основе рекомендованного соотношения солнечной панели и аккумулятора.
Аккумулятор (батарейный блок)	Свинцово-кислотные фотоэлектрические системы (Вт)	LiFePO4 PV (Вт)	Что это означает
12 В 100 Ач	150–300	200–500	Небольшие нагрузки; 1–2 устройства
12 В 200 Ач	300–600	400–1000	Типичная ежедневная езда на велосипеде в доме на колесах/домике
12 В 400 Ач	600–1200	800–2000	Более высокие нагрузки, лучшее восстановление
24 В 200 Ач	600–1200	800–2000	То же самое, ах, больше энергии, чем 12 В.

Если солнечный свет непостоянный (зима, затенение, прибрежный туман), сместите его вверх в пределах диапазона. Если у вас свинцово-кислотный аккумулятор и вы регулярно прекращаете зарядку раньше времени, снова сделайте смещение вверх; дополнительный PV помогает вам фактически завершить поглощение, когда позволяют условия.

Проработанные примеры с реальными числами

В примерах ниже показано, как соотношение солнечной панели и аккумулятора меняется в зависимости от целей (автономность или скорость перезарядки) и химического состава.

Пример A: кабина мощностью 1000 Втч/день, автономность в течение 2 дней, свинцово-кислотный вариант

Ежедневная энергия: 1000 Втч/день .
Полезная энергия за 2 дня: 1000 × 2 = 2000 Втч .
Номинальная энергия аккумулятора (50% DoD): 2000 ÷ 0,50 = 4000 Втч .
При 12 В аккумулятор Ач ≈ 4000 ÷ 12 ≈ 333Ач (округляем до 300–400 Ач).
PV на 4 часа пиковой солнечной активности, эффективность 0,75: 1000 ÷ (4 × 0,75) ≈ 333 Вт (округляем до 400–600 Вт для свинцово-кислотного здоровья).

Проверка соотношения (с использованием аккумулятора емкостью 400 Ач и фотоэлектрической батареи мощностью 600 Вт): 600 ÷ 400 = 1,5 Вт/Ач . Это нижний предел суточного цикла потребления свинцово-кислотных продуктов; лучше всего он будет работать при хорошем солнце и тщательном управлении нагрузкой. Если пасмурные дни являются обычным явлением, перейдите к 800–1000 Вт существенно улучшает выздоровление.

Пример Б: Дом на колесах с LiFePO4 12 В, 200 Ач, требуется быстрое восстановление.

Банк батарей: 12 В 200 Ач (номинальная энергия ≈ 2400 Втч).
Можно использовать при 80% DoD ≈ 1920 Втч .
Выберите PV на уровне 3,5 Вт/Ач для быстрого восстановления: 200 × 3,5 = 700 Вт .

При ~700 Вт и четырех часах пикового солнечного света при эффективности 0,75 ежедневный сбор энергии может составлять около 700 × 4 × 0,75 ≈ 2100 Втч/день . Этого достаточно, чтобы заменить тяжелый день использования и при этом пополнить запасы энергии, что на практике и означает «быстрое восстановление».

Общие ограничения, которые могут переопределить соотношение

Даже если соотношение солнечной панели и аккумулятора «идеальное», аппаратные ограничения могут заставить вас регулировать размер фотоэлектрической панели, напряжение системы или выбор контроллера заряда.

Ограничение тока контроллера заряда (наиболее распространенное узкое место)

Выходной ток контроллера должен выдерживать пиковый зарядный ток. Грубо говоря: максимальный ток заряда ≈ фотоэлектрические ватты ÷ напряжение зарядки аккумулятора. Пример: 1000 Вт в банк 12 В может означать ~ 1000 ÷ 14 ≈ 71А . Если у вас есть контроллер на 60 А, вам нужен либо более крупный контроллер, либо несколько контроллеров, либо более высокое напряжение системы.

Размер инвертора не определяет размер фотоэлектрической системы, но он определяет нагрузку на аккумулятор.

Большой инвертор может потреблять большие токи от небольшого аккумулятора, что приводит к провалу напряжения и снижению полезной емкости. Если у вас высокие пиковые нагрузки (микроволновая печь, чайник, инструменты), вам может потребоваться либо батарея большей емкости, либо более высокое напряжение системы (24 В/48 В), либо и то, и другое. Затем следует пересмотреть фотоэлектрическую батарею, чтобы соотношение оставалось приемлемым для перезарядки.

Погода и сезонное солнечное время (ваше соотношение должно пережить худший месяц)

Коэффициент, который работает летом, может потерпеть неудачу зимой, если часы пикового солнечного света значительно сократятся. Если вам нужна круглогодичная надежность, определите размер фотоэлектрической энергии за сезон с наименьшим количеством солнечных дней и рассматривайте диапазоны коэффициентов как минимальные, а не средние.

Признаки того, что у вас неправильное соотношение и как это исправить

Лучшей проверкой являются эксплуатационные данные: тенденции состояния заряда, время до полной зарядки и частота достижения уровня абсорбции/плавания аккумулятора (или литиевого эквивалента при полной зарядке).

Слишком мало солнечной энергии для аккумулятора

Свинцово-кислотные батареи редко полностью заряжаются; напряжение колеблется ниже целевых показателей поглощения.
Вы видите многодневный дрейф уровня заряда даже при «нормальном» солнечном свете.
Генератор (или береговая электростанция) часто становится опорой.

Исправление: увеличьте мощность фотоэлектрических систем, уменьшите ежедневную нагрузку или уменьшите размер аккумулятора, чтобы вернуть соотношение в диапазон. Для свинцово-кислотных аккумуляторов уделяйте приоритетное внимание регулярному достижению полной зарядки; это часто означает переход от ~1,0 Вт/Ач к 2,0–3,0 Вт/Ач (базис 12 В).

Слишком много фотоэлектрических модулей для контроллера или проводки (или бюджета)

Контроллер заряда фиксирует выходной ток при номинальном токе в течение длительного периода времени.
Вы не можете безопасно справиться с током, используя кабели существующих размеров и предохранители.

Исправление: перейдите на более высокое напряжение системы (24 В/48 В), используйте контроллер большего размера или разделите массив на несколько контроллеров. «Слишком много фотоэлектрической энергии» обычно является проблемой аппаратного обеспечения, а не электрической проблемой самого аккумулятора.

Делиться: