実際の負荷に合わせて太陽電池バンクのサイズを決定する方法

ほとんどのサイズガイドでは、公式を示してそこで終わります。公式は簡単な部分です。実際の設置で人々をつまずかせるのは、化学物質や温度によって変化する使用可能な容量、井戸ポンプに必要なサージを供給できないインバーター、あるいは 3 日続く曇りで 2 日目の昼休みまでに銀行が空になるまで紙の上では問題ないように見えた自治権番号などです。-

このガイドでは、システム設計者がアプローチする方法でバッテリー バンクのサイジングを説明します。つまり、実際の負荷から始めて、中心となる公式を適用し、次に教科書の方程式では省略されているエンジニアリングの現実に合わせて調整します。最終的には、ホワイトボード上の単なる数字ではなく、実際に - を購入できる容量の範囲が得られるでしょう。

太陽電池バンクはどのくらいの大きさにすべきですか?

主要なサイズ関係は次のとおりです。

必要な使用可能容量 (Wh)=1 日のエネルギー使用量 (Wh) × 自立日数

次に、目標放電深度 (DoD) で割って、実際に購入する必要がある公称容量を求めます。

公称容量 (Wh)=必要な使用可能容量 ÷ 使用可能な割合

バッテリーの定格がワット時ではなくアンペア時{0}{1}}の場合は、次のように変換します。

Ah=Wh ÷ システム電圧

そうすれば防御可能な出発点が得られます。それを実際の設計に変えるには、バッテリーの化学的性質、往復効率、インバーターの制限、サージ負荷、温度、太陽光による充電ウィンドウを考慮する必要があります。-この記事の残りの部分ではその方法について説明します。

式についての注意: 一部のガイドでは「毎日の使用時間 × バックアップ時間 (時間)」と書かれていますが、これは割り算した場合にのみ機能します。使用する自主性の日々単位の一貫性を保ち、DIY フォーラムでよく見られるサイズ設定エラーを回避します。

バッテリー容量と出力

数字に何か意味がある前に、よく混同されがちな 2 つのことを区別するのに役立ちます。

• 容量 (Wh または kWh)- 銀行が蓄えているエネルギーの量。これはサイジングの計算式で計算されるものです。
• 電力 (W または kW)- 特定の瞬間にそのエネルギーをどれくらいの速さで供給できるか。これはバッテリーの C- レートによって制限され、多くの場合インバーターによって制限されます。

3 kW インバータを備えた 10 kWh バンクはラップトップを数日間稼働させることができますが、5 馬力の井戸ポンプを起動することはできません。この違いがよくわからない場合は、kWとkWhの違い続行する前に、一読の価値があります。- サイズ設定の間違いは、多くの場合ここから始まります。

公称容量と使用可能な容量

10 kWh のバッテリーから、毎日 10 kWh の使用可能なエネルギーが得られることはほとんどありません。実際に得られるものは以下によって異なります。

• 化学薬品の安全な放電深度 - LiFePO4 メーカーは通常、サイクル使用に対して 80 ～ 95% の DoD を仕様としていますが、サイクル寿命を維持するために浸水鉛酸は通常 50% に保たれています。-
• -往復効率 - リチウム システムは通常 90 ～ 95% です。鉛酸-約 80～85%
• 温度 - リチウムの容量は低温では低下するため、ヒーターなしで氷点下で充電することは通常禁止されています。屋外に設置する場合は、これをさらに詳しく検討する価値があります (リチウム電池の温度範囲しきい値をカバーします)
• インバータの自己消費量と BMS オーバーヘッド-

これらを積み重ねると、「公称 10 kWh」は、リチウム システムでは 1 日に使用できる実際のエネルギーとして簡単に 7 ～ 8 kWh、鉛蓄電池では 4 kWh 近くになります。-これが、過小サイズのインストールのほとんどが間違っているところです。人々はステッカーの番号からサイズを決定し、ディレーティングをスキップします。

ステップ1

サイズを決定する前に、バッテリーが何をするかを決めてください。現実的な使用例は次のようになります。

• 必須のバックアップ- 冷蔵庫、照明、インターネット、コンセント数か所、おそらく医療機器
• 部分的な-自宅のバックアップ- 停電中のいくつかの重要な回路
• 家全体のバックアップ-- ははるかに大きなターゲットであり、多くの場合ジェネレーターのサポートが必要です
• オフグリッド住宅-- の毎日の使用と夜間および悪天候時の保管-
• RV、バン、ボート- モバイルロード用のコンパクトなストレージ

これらのシナリオには非常に異なるサイズのエンベロープがあり、どの式 - よりもどれがあなたに当てはまるかが最終的な答えを決定します。-系統接続、オフグリッド、またはハイブリッドのいずれであるかがまだ決まっていない場合は、そこから始めてください (オングリッド vs オフグリッド- vs ハイブリッド ソーラー システム違いを分解します）。

毎日のエネルギー使用量の計算

各負荷について:

ワット × 1 日あたりの時間=Wh/日

ここで初心者が見逃しがちな 2 つの点:

1. ネームプレートのワット数は実行時のワット数ではありません。定格 120 W の冷蔵庫は、サイクル - で継続的に 120 W を消費するわけではありません。ネームプレートを連続描画として使用すると、1 日あたりの Wh が約 2 ～ 3 倍過大評価されます。実際の家電製品にプラグインした kWh メーターを 1 ～ 2 日使用すると、はるかに正確になります。
2. 季節変動が重要です。エアコン、暖房、井戸ポンプ、電気温水器には、夏から冬にかけて大きな変動があります。-年間平均ではなく、関心のある最悪の月のサイズ。

一般的な重要なバックアップ ロード リストは次のようになります。-

ステップ 2: 必要な自立日数を決定する

自律性とは、太陽光発電がほとんどまたはまったくない状態で、銀行が荷物を運ぶ必要がある日数です。典型的なターゲット:

• 0.5日（一泊のみ）- グリッド-連携システムと日中の太陽光発電により、ほとんどの負荷が相殺されます
• 1日- 晴天の気候とバックアップを重視した設計に共通-
• 2～3日- か所のオフ{1}}太陽光発電が安定している地域、または時折曇りが見られる地域の住宅
• 3–5+日- の北緯、冬季の重負荷、または曇りの期間が長い場所

のNREL PVワット計算機場所ごとの太陽光発電量の推定値が月ごとに表示されます。通常、どの程度の自律性を考慮して設計するかを決定する場合、年間平均よりも最悪の月の発電量を読み取る方が役立ちます。-

ここには実際のトレードオフがあります。-自律走行が 1 日増えるごとに、コストと重量が大幅に増加し、大規模な銀行でも、利用可能な太陽時間内に充電するために、より大きな太陽電池アレイが必要になります。 -オフグリッドの設置業者は通常、5+ 日分のバッテリーを用意するのではなく、発電機と 2～3 日分のバッテリーを組み合わせます。これは、発電機の方が、交換する追加のバッテリー容量よりも安価であるためです。

ステップ 3: エネルギー需要をバッテリー容量に変換する

毎日の使用と自律性を決定したら、次の式に当てはめます。

必要な使用可能なストレージ=1 日あたりの実行時間 × 自立日数

公称容量=必要な使用可能なストレージ ÷ 使用可能な部分

使用可能な割合は、化学反応と、どの程度保守的に操作したいかによって異なります。

• LiFePO4:ほとんどの住宅用途では 80 ～ 90% が妥当な計画数値です。必ずメーカーのデータシートを確認してください
• AGM / 密閉鉛酸-:通常は約 50% を計画します
• 浸水した鉛-酸:50%、定期的なイコライゼーションあり

動作例: 3,000 Wh/日 × 1.5 日間の自律性=4、500 Wh が使用可能。 85% が使用可能な LiFePO4 では、公称値 4,500 ÷ 0.85 ≈ 5,300 Wh になります。株主総会が 50% の場合、同じ目標は公称 9,000 Wh - でほぼ 2 倍になります。化学は脚注ではありません。購入しなければならない金額はおよそ 2 倍になります。

Wh から Ah への変換

ほとんどの家庭用リチウム電池は現在、kWh 単位で販売されていますが、12V および 24V システムではアンペア時定格が依然として一般的です。{0}}変換は次のとおりです。

Ah=Wh ÷ システム電圧

• 12V=417 Ah で 5,000 Wh
• 24V=208 Ah で 5,000 Wh
• 48V=104 Ah で 5,000 Wh

Ah 単位に慣れていない場合は、バッテリーにおける「Ah」の意味定義とそれがランタイムにどのように関連するかを説明します。

ステップ 4: 12V vs 24V vs 48V - 適切なシステム電圧を選択する

システム電圧は単なる仕様ではありません -。ケーブル サイズ、インバーター オプション、効率、システムの拡張性が決まります。

• 12V:RV、バン、小型キャビン、最大 1.5 kW 未満のシングル インバータ システム。-シンプルで安価な DC アクセサリが入手可能。最大 2 kW の連続負荷を超えると、12V 配線は非現実的なほど太くなります。
• 24V:中規模のキャビンと、連続約 3～4 kW までの小規模なオフグリッド住宅-。 48V インバータでは過剰だが、12V では制限が多すぎる場合の合理的な中間点です。
• 48V:住宅全体のバックアップ、最新のハイブリッド インバータ、本格的なオフグリッド システムの標準。{0}電流が低いということは、ケーブルが細くなり、効率が向上し、幅広い機器との互換性が得られることを意味します。

一般的な経験則: 連続負荷が 3 kW を超える場合、デフォルトは 48 V です。最新の住宅用ハイブリッド インバーターと高電圧 LFP バッテリーのほとんどは、公称 48V または高電圧の積層型バッテリー-特に 12V と 24V は家庭全体の負荷に合わせて適切に拡張できないため、トポロジは適切ではありません。-

ステップ 5: 化学薬品をアプリケーションに適合させる

マーケティングを除いた正直な比較:

複数年ベースのコスト計算では、LFP は過去 5 年間にわたって住宅部門と C&I 部門で優勝しており、{0}}米国エネルギー省は、リチウムが新規設置のデフォルトになっている急激なコスト低下を文書化しています。特にストレージに関してケミストリーがどのように比較されるかについて詳しくは、以下を参照してください。エネルギー貯蔵のためのさまざまなバッテリータイプ.

ユースケース別のサイジング

これらは推定の開始範囲であり、設計値ではありません - 気候、負荷、インバーターの選択により、数値は両方向に変化します。

単純なサイジングでは把握できないもの

この式はクリーンな世界を前提としています。実際のインスタレーションにはエッジがあります。

• サージ負荷。モーター (井戸ポンプ、コンプレッサー、AC ユニット) は、起動時に 1 ～ 2 秒間、定格電力の 3 ～ 7 倍を引き出すことができます。バッテリーはその電流を供給し、インバーターは電流を流す必要があります。小型のインバータがトリップする。小さすぎる銀行はたるんだ。
• 往復の効率。-入ってくるエネルギーは出ていくエネルギーではありません。リチウム システムでは往復で約 5～10% の損失が発生します。-鉛酸-は 15～20% 減少します。 3 kWh の出力が必要な場合は、3.3 ～ 3.6 kWh を投入する必要がありました。
• 温度ディレーティング。LFP は約 0 度以下で使用可能な容量を失い、通常、内部ヒーターがなければ氷点下で充電できません。高温環境 (35 度以上) はカレンダーの老化を促進します。ガレージ、トレーラー、または屋外キャビネットに設置する場合、これによりサイズの余裕が変わります。
• ソーラー充電ウィンドウ。冬に使用可能な太陽時間は 3 時間しかない 15 kWh の銀行では、そのエネルギーを実際に置き換えるのに十分な PV と充電コントローラーの容量が必要です。サイズが小さすぎるアレイを備えた大きすぎるバンクは、ゆっくりと沈むバンクです。
• AC 対 DC カップリング。アーキテクチャによって、損失が発生する場所と必要なコンポーネントが変わります。 (AC{0}}結合バッテリー ストレージと DC{1}}結合バッテリー ストレージこれについては詳しく説明します。)

使用可能なルール: 上記のすべてを明示的にモデル化していない限り、数式で数値を入力した後、実際の状況に対して 15～25% のマージンを追加します。-

2 つの実際の例

例 1: 穏やかな気候における必須のバックアップ

負荷: 2,120 Wh/日 (上の表より)。目標: 停止中に 1 日間の自律性。化学: LFP 85% 使用可能。

必要な使用可能量=2,120 × 1=2,120 Wh
公称値=2,120 ÷ 0.85 ≈ 2,500 Wh
20% の現実世界マージン: ~3,000 Wh (3 kWh)

48V では約 62 Ah になります。ほとんどの住宅用 LFP バッテリーは 5 kWh から始まるため、実際に購入するのは 5 kWh 48V ユニット - です。これにより、長時間の停電に対応したり、小さな負荷を追加したりする余裕も得られます。

例 2: オフグリッドキャビン-

負荷: 3,600 Wh/日 (照明、冷蔵庫、ラップトップ、ウォーターポンプ、その他)。目標: 典型的な曇り空をカバーするための 2 日間の自主性。化学: LFP 85%。

必要な使用可能量=3,600 × 2=7,200 Wh
公称値=7,200 ÷ 0.85 ≈ 8,500 Wh
冬季のディレーティングと将来の成長に備えて 20% の余裕を持たせた場合: ~10,200 Wh

したがって、10 kWh の 48V LFP バンクが適切なターゲット - であり、実際には、オフグリッド設置業者のほとんどは、4+ 日間自立できるサイズではなく、数日間の嵐に備えて小型発電機とこれを組み合わせます。これは、発電機のほうが追加のバッテリーよりも kWh 当たりのコストが安いためです。-

よくあるサイズ設定の間違い

• 測定されたランタイム消費量の代わりにネームプレートのワット数を使用します。サイズ超過のロード リストの最大のソース。
• DoD を無視した公称容量からのサイジング。購入者が 100 Ah が毎日の使用量 100 Ah であることを期待する鉛酸設備で一般的です。{0}
• インバーター忘れてます。3 kW インバーターの背後にある巨大なバンクでは、依然として 5 kW の負荷を実行できません。それらを合わせてください。の家庭用に最適なインバーターとバッテリーのペアリングどちらかを購入する前によく考えてみる価値があります。
• 太陽光発電による充電の予定はありません。太陽の利用可能な時間内に PV が毎日の抽選を置き換えることができない場合、自律性は銀行が流れ落ちるまでしか持続しません。
• 今日の荷物のみのサイジング。EV の充電、ヒートポンプ、IH 調理器は 3 年間の追加料金が一般的です。{0}}ヘッドルームを残します。