Beyond Diesel: Solar-Plus-Battery Hybrid Backup na afrických serverech mimo síť

Článek

8. října 2019

Místa mimo síť v severní Nigérii, Nigeru, Mali, Burkině Faso, Etiopii a Turkaně běží na naftu, přičemž náklady na palivo, doprava a krádeže spotřebují velkou část OPEX. Tento článek pojednává o třech topologiích, a když platí každá, o skutečné životnosti baterie při každodenním cyklování, o podceňované proměnné prašnosti a o vzorci návratnosti se čtyřmi vstupy, které můžete měřit na místě.

Den na Off-Grid místě

Kolem Kano a Kaduna v severní Nigérii, na venkově v Nigeru, Mali a Burkina Faso, na etiopské vysočině, v keňské vyprahlé oblasti Turkana a v odlehlých provinciích Zambie probíhá typický den takto: dieselový generátor se spustí před setměním a běží do noci při zatížení zhruba 1 až 3 kW; přes noc se vypne a baterie přenáší základní pásmo a přenos; ve dne baterie pokračuje až do večera a nabíjí se pouze v případě, že se na několik hodin objeví napájení ze sítě. Problémem není samotný generátor, ale tři skryté náklady: dodání paliva na místo, kde je potřeba přeprava motocyklu nebo velblouda, může přesáhnout dvojnásobek ceny čerpadla; krádeže pohonných hmot, které v některých oblastech dosahují 10 až 30 % nakoupeného objemu; a údržba a generální opravy amortizované provozními hodinami. Účel solární energie není ekologický – jde o přesunutí denní zátěže z generátoru a přímé snížení všech tří nákladů.

Výběr mezi třemi topologiemi

Solar hybrid není jeden design, ale tři, a špatný výběr zdvojnásobuje návratnost. První je pohotovostní režim solární energie plus baterie plus diesel, také nazývaný solární priorita: PV slouží zátěži a nabíjí baterii ve dne, omezí se, jakmile je baterie plná, a diesel se spustí pouze po delším zataženém nebo vybití baterie. Minimalizuje hodiny generátoru a vyhovuje místům s dobrou roční ozářením a denním koncentrovaným zatížením – nejběžnější volba v subsaharské Africe. Druhý je diesel-primární se solární podporou, kde FV přenáší pouze část zátěže, typicky 30 % až 50 %, a generátor běží jako dříve s nižší spotřebou paliva. Nejjednodušší na dovybavení a kapitálově nejlevnější, vyhovuje větším zatížením nebo místům s relativně novým generátorem. Třetí je čistě solární baterie bez generátoru, která je životaschopná pouze tam, kde je zátěž nižší než 500 W a riziko tří dnů zataženo je přijatelné. Rozhodujícím faktorem u všech tří není zdroj ozáření, ale to, jak dobře se zátěžová křivka překrývá se solární křivkou: vysoké překrytí upřednostňuje první, malé překrytí činí druhé bezpečnější.

Skutečná životnost baterie při každodenní jízdě na kole

V solárním hybridu baterie dokončí každý den celý cyklus, což není nic jako plovoucí pohotovostní režim a je to místo, kde mnoho projektů selhává – specifikují plovoucí baterii a vymění ji za dva roky. Výběr závisí na třech číslicích, nikoli na kapacitě štítku. Za prvé, životnost cyklu a konkrétně životnost cyklu při stanovené hloubce vybití; solární systémy obvykle běží na 50% až 70% DOD, takže požádejte o data v tomto pásmu. Za druhé, akceptace nabíjení: nabíjecí výkon FV se mění v závislosti na ozáření, proud je ráno a pozdě odpoledne nízký a to, zda baterie dokáže účinně absorbovat nízký proud, určuje denní rekuperaci energie. Řada olovo-uhlík (LLC, 300–1 000 Ah, šest modelů) poskytuje čtyř až pětinásobnou životnost konvenčních produktů v režimu PSoC se zhruba o 30 % lepší akceptací nabití a je přesně pro to určena. Za třetí, chování při vysokých teplotách: teploty ve skříních nad 40 °C jsou v Africe běžnou záležitostí, takže životnost cyklu musí být korigována podle teploty. Řada s hlubokým cyklem (FTC, 100–170 Ah, 1 500 cyklů nebo více) je také dobrou volbou pro malou a střední kapacitu.

Dust: The Underrated Variable

Napříč Sahelem a vyprahlou východní Afrikou je prach silně podceňován. Za prvé, znečištění: každá vrstva prachu na skle snižuje propustnost o několik procentních bodů a po prašné bouři může být pole pokryto dostatečně silně, aby se výkon snížil na polovinu. V Nigeru, Mali a Čadu může vynechání čištění stát více než 20 % ročního výnosu. Za druhé, tepelné: prach na zadní vrstvě brání odvodu tepla, zvyšuje teplotu článku a účinnost řezání, čímž se ztráty ještě zhoršují. Za třetí, mechanické a elektrické: prach vnikající do spojovacích krabic a konektorů způsobuje slabé riziko kontaktu a oblouku a prach ve vzduchových cestách měniče blokuje chlazení. Následují čtyři odezvy návrhu: zvýšení náklonu pole, aby byl prach snadněji odfouknut nebo smýván; specifikujte propojovací krabice a konektory s vyšším stupněm prostupu; použijte přirozeně chlazené invertory nebo namontujte prachové filtry a přidejte je do inspekční trasy; a začlenit úklid do smlouvy O&M s definovanou frekvencí – měsíčně v období prachu, jinak čtvrtletně – spíše než „podle potřeby“.

Výpočet návratnosti

Návratnost nepotřebuje žádný složitý model, pouze čtyři vstupy a všechny čtyři lze měřit na místě. Za prvé, aktuální roční náklady na naftu: průměrná denní spotřeba v litrech × 365 × cena dodaného paliva včetně dopravy. Použijte dodanou cenu, nikoli cenu za molo. Za druhé, náklady na naftu po modernizaci: měřítko snížením provozních hodin generátoru, které u konstrukcí s prioritou solární energie činí obvykle 20 % až 40 % původní hodnoty. Za třetí, roční výnos FV: kapacita pole v kWp × místní ekvivalent špičkových slunečních hodin × 365 × účinnost systému 0,75 až 0,8 × faktor znečištění a degradace 0,85 až 0,9. Za čtvrté, celková investice včetně modulů, montáže, ovladače, baterie, dopravy a instalace. Návratnost = investice ÷ (roční náklady na naftu před modernizací − roční náklady na naftu po modernizaci − roční náklady na údržbu). Nejčastěji nadhodnocovaný vstup je třetí: lidé využívají ideální sluneční hodiny a zapomínají na znečištění a degradaci. Vezměte konzervativní koeficienty a návratnost, kterou vypočítáte, je taková, kterou lze skutečně doručit.

Dimenzování pole a baterie dohromady

Dvě nejčastější chyby v konstrukci solárního hybridu jsou poddimenzované pole a poddimenzovaná baterie a obvykle se vyskytují společně. Principem je považovat zatažené období za omezení a denní energetickou bilanci jako cíl ve třech krocích. Za prvé, denní spotřeba: zatížení v kW × 24 hodin, vypočtené zvlášť tam, kde se denní a noční zatížení liší. Za druhé, průměrný denní výtěžek FV: kapacita pole v kWp × ekvivalent špičkových slunečních hodin × účinnost systému 0,75 až 0,8 × faktor znečištění 0,85. Tento výsledek musí překročit denní spotřebu, obvykle s 20 % až 30 % světlé výšky, aby se pokryly sezónní výkyvy, degradace modulu a občasné zastínění. Za třetí, kapacita baterie: denní spotřeba × zamračené dny ÷ hloubka vybití, přičemž zatažené dny byly převzaty z místních záznamů počasí – dva až tři v Sahelu, jeden navíc na východoafrické vysočině. Po třech krocích proveďte zpětnou kontrolu: na konci nejdelšího zataženého období by zbytková kapacita baterie neměla klesnout pod 20 %, nebo se výrazně zvýší starty generátoru a ekonomika hybridu zmizí. Tato kontrola se často přeskakuje, přesto je to jediný pevný indikátor toho, zda je poměr správný. Jedním z dalších detailů, které se často opomíjejí, je naklonění pole: v prašných oblastech přidání 5 až 10 stupňů za optimální naklonění generace umožňuje snáze odfouknout prach a v průběhu času se zvýší. View Telecom Backup Power Selection