Beyond Diesel: Cadangan Hibrida Tenaga Surya-Plus-Baterai di Lokasi Off-Grid Afrika

Artikel

8 Oktober 2019

Lokasi-lokasi off-grid di Nigeria utara, Niger, Mali, Burkina Faso, Ethiopia dan Turkana menggunakan bahan bakar diesel, sehingga biaya bahan bakar, transportasi dan pencurian menghabiskan sebagian besar OPEX. Artikel ini membahas tiga topologi dan kapan masing-masing topologi diterapkan, masa pakai baterai sebenarnya dalam siklus harian, variabel debu yang diremehkan, dan formula pengembalian dengan empat input yang dapat Anda ukur di lokasi.

Sehari di Situs Off-Grid

Di sekitar Kano dan Kaduna di Nigeria utara, di pedesaan Niger, Mali dan Burkina Faso, di dataran tinggi Etiopia, di wilayah Turkana yang gersang di Kenya, dan di provinsi-provinsi terpencil di Zambia, aktivitas sehari-hari berjalan seperti ini: generator diesel menyala sebelum senja dan beroperasi hingga malam hari dengan beban sekitar 1 hingga 3kW; itu mati dalam semalam dan baterai membawa baseband dan transmisi; di siang hari baterai terus membawa situs hingga malam hari, mengisi daya hanya jika listrik menyala selama beberapa jam. Permasalahannya bukan pada generator itu sendiri, namun pada tiga biaya tersembunyi: pengiriman bahan bakar ke lokasi, dimana transportasi sepeda motor atau unta dibutuhkan, bisa melebihi dua kali lipat harga pompa; pencurian bahan bakar, yang di beberapa daerah mencapai 10% hingga 30% dari volume pembelian; dan pemeliharaan dan overhaul diamortisasi berdasarkan jam berjalan. Tujuan dari penggunaan tenaga surya bukanlah untuk menjaga lingkungan – melainkan untuk memindahkan beban siang hari dari generator dan memotong ketiga biaya tersebut secara langsung.

Memilih Diantara Tiga Topologi

Hibrida surya bukan hanya satu desain melainkan tiga desain, dan pemilihan yang salah akan melipatgandakan keuntungannya. Yang pertama adalah solar plus baterai plus diesel standby, disebut juga solar-priority: PV melayani beban dan mengisi daya baterai di siang hari, berkurang setelah baterai penuh, dan diesel menyala hanya setelah cuaca mendung atau baterai habis dalam waktu lama. Ini meminimalkan jam kerja generator dan menyesuaikan lokasi dengan radiasi tahunan yang baik dan beban terkonsentrasi di siang hari — pilihan paling umum di Afrika sub-Sahara. Yang kedua adalah diesel-primer dengan bantuan tenaga surya, dimana PV hanya membawa sebagian beban, biasanya 30% hingga 50%, dan generator berjalan seperti sebelumnya dengan konsumsi bahan bakar yang lebih rendah. Paling sederhana untuk dipasang kembali dan paling murah dalam hal modal, ini cocok untuk muatan yang lebih besar atau lokasi dengan generator yang relatif baru. Yang ketiga adalah baterai solar plus murni tanpa generator sama sekali, hanya dapat digunakan jika beban di bawah 500W dan risiko mendung selama tiga hari dapat diterima. Faktor yang menentukan ketiga hal tersebut bukanlah sumber radiasi, namun seberapa baik kurva beban tersebut tumpang tindih dengan kurva matahari: tumpang tindih yang tinggi akan menguntungkan kurva yang pertama, tumpang tindih yang rendah akan membuat kurva yang kedua lebih aman.

Daya Tahan Baterai Nyata Saat Bersepeda Sehari-hari

Dalam hibrida surya, baterai menyelesaikan satu siklus penuh setiap hari, yang tidak seperti baterai pelampung dan banyak proyek gagal – mereka menentukan baterai pelampung dan menggantinya dalam dua tahun. Pemilihan bergantung pada tiga angka, bukan pada kapasitas papan nama. Pertama, siklus hidup, dan khususnya siklus hidup pada kedalaman pelepasan yang ditentukan; tata surya biasanya berjalan pada 50% hingga 70% DOD, jadi mintalah data dalam pita tersebut. Kedua, penerimaan pengisian daya: Daya pengisian PV bervariasi menurut radiasi, arus rendah di pagi dan sore hari, dan apakah baterai dapat menyerap secara efektif pada arus rendah menentukan pemulihan energi harian. Seri timbal-karbon (LLC, 300–1.000Ah, enam model) memberikan empat hingga lima kali masa pakai produk konvensional dalam tugas PSoC dengan penerimaan muatan sekitar 30% lebih baik, dan dirancang untuk hal tersebut. Ketiga, perilaku suhu tinggi: suhu kabinet di atas 40°C merupakan hal yang rutin di Afrika, sehingga siklus hidup harus disesuaikan dengan suhu. Seri siklus dalam (FTC, 100–170Ah, 1.500 siklus atau lebih) juga merupakan pilihan suara pada kapasitas kecil dan menengah.

Debu: Variabel yang Diremehkan

Di wilayah Sahel dan Afrika Timur yang gersang, debu sangat diremehkan. Pertama, kekotoran: setiap lapisan debu pada kaca mengurangi transmisi sebesar beberapa persen, dan setelah badai debu, susunannya mungkin tertutup cukup tebal sehingga mengurangi separuh keluaran. Di Niger, Mali dan Chad, melewatkan pembersihan dapat menyebabkan kerugian lebih dari 20% dari hasil panen tahunan. Kedua, termal: debu pada lembaran belakang menghambat penolakan panas, meningkatkan suhu sel dan efisiensi pemotongan, sehingga menambah kerugian. Ketiga, mekanis dan elektrik: debu yang masuk ke kotak sambungan dan konektor menyebabkan kontak yang buruk dan risiko busur api, dan debu di jalur udara inverter menghalangi pendinginan. Empat respons desain berikut ini: meningkatkan kemiringan susunan sehingga debu lebih mudah tertiup atau dibersihkan; tentukan kotak sambungan dan konektor dengan peringkat masuknya lebih tinggi; menggunakan inverter yang didinginkan secara alami atau memasang filter debu dan menambahkannya ke jalur inspeksi; dan memasukkan pembersihan ke dalam kontrak O&M dengan frekuensi yang ditentukan — bulanan pada musim debu, sebaliknya setiap triwulan — dan bukan 'sesuai kebutuhan'.

Menghitung Pengembalian

Pengembalian dana tidak memerlukan model yang rumit, cukup empat masukan, dan keempat masukan tersebut dapat diukur di lokasi. Pertama, biaya solar tahunan saat ini: rata-rata konsumsi harian dalam liter × 365 × harga bahan bakar yang dikirimkan termasuk transportasi. Gunakan harga delivery, bukan harga jetty. Kedua, biaya bahan bakar diesel pasca-retrofit: ditingkatkan berdasarkan pengurangan jam kerja generator, yang untuk desain prioritas tenaga surya biasanya berkisar antara 20% hingga 40% dari biaya awal. Ketiga, hasil PV tahunan: kapasitas rangkaian dalam kWp × jam puncak matahari setara lokal × 365 × efisiensi sistem sebesar 0,75 hingga 0,8 × faktor kekotoran dan degradasi sebesar 0,85 hingga 0,9. Keempat, total investasi termasuk modul, pemasangan, pengontrol, baterai, pengangkutan dan pemasangan. Pengembalian = investasi (biaya solar tahunan sebelum retrofit − biaya solar tahunan pasca retrofit − biaya pemeliharaan tahunan). Masukan yang paling sering dilebih-lebihkan adalah yang ketiga: orang-orang menggunakan waktu berjemur yang ideal dan melupakan kotoran dan degradasi. Ambil koefisien konservatif dan pengembalian yang Anda hitung adalah pengembalian yang benar-benar dapat diberikan.

Mengukur Array dan Baterai Bersamaan

Dua kesalahan paling umum dalam desain hibrida surya adalah ukuran susunan baterai yang terlalu kecil dan ukuran baterai yang terlalu kecil, dan keduanya biasanya terjadi secara bersamaan. Prinsipnya adalah memperlakukan periode mendung sebagai kendala dan keseimbangan energi harian sebagai tujuannya, dalam tiga langkah. Pertama, konsumsi harian: beban dalam kW × 24 jam, dihitung secara terpisah jika beban siang dan malam berbeda. Kedua, hasil PV harian rata-rata: kapasitas rangkaian dalam kWp × jam puncak matahari setara × efisiensi sistem sebesar 0,75 hingga 0,8 × faktor kekotoran sebesar 0,85. Hasil tersebut harus melebihi konsumsi harian, biasanya dengan ruang kepala 20% hingga 30% untuk menutupi variasi musiman, degradasi modul, dan naungan sesekali. Ketiga, kapasitas baterai: konsumsi harian × hari mendung qian kedalaman pengosongan baterai, dengan hari mendung diambil dari catatan cuaca lokal — dua hingga tiga hari di Sahel, satu lagi di dataran tinggi Afrika Timur. Setelah tiga langkah tersebut, jalankan pemeriksaan terbalik: pada akhir periode mendung terpanjang, kapasitas sisa baterai tidak boleh turun di bawah 20%, atau generator akan menyala secara signifikan dan keekonomian hibrida akan hilang. Pemeriksaan tersebut sering kali dilewati, namun ini merupakan satu-satunya indikator pasti apakah rasio tersebut masuk akal. Satu detail lebih lanjut yang sering terlewatkan adalah kemiringan susunan: di wilayah berdebu, menambahkan 5 hingga 10 derajat di luar kemiringan generasi optimal akan membuat debu lebih mudah tertiup dan menghasilkan lebih banyak seiring waktu. View Telecom Backup Power Selection