디젤 너머: 아프리카 독립형 현장의 태양광+배터리 하이브리드 백업

아티클

2019년 10월 8일

나이지리아 북부, 니제르, 말리, 부르키나파소, 에티오피아, 투르카나 전역의 독립형 현장은 디젤을 사용하며 연료비, 운송비, 도난 등이 OPEX의 상당 부분을 차지합니다. 이 기사에서는 세 가지 토폴로지를 다루고 각 토폴로지가 적용되는 경우 매일 사이클링 시 실제 배터리 수명, 과소평가된 먼지 변수, 현장에서 측정할 수 있는 4가지 입력을 사용한 투자 회수 공식을 다룹니다.

독립형 사이트에서의 하루

나이지리아 북부의 카노(Kano)와 카두나(Kaduna) 주변, 니제르(Niger), 말리(Mali), 부르키나파소(Burkina Faso) 시골 지역, 에티오피아 고지대, 케냐의 건조한 투르카나(Turkana) 지역, 잠비아 외곽 지방의 일반적인 하루는 다음과 같습니다. 디젤 발전기는 해가 지기 전에 시동을 걸어 밤까지 대략 1~3kW의 부하로 가동됩니다. 밤새 꺼지고 배터리는 베이스밴드와 전송을 수행합니다. 낮에는 배터리가 저녁까지 계속 작동하며, 그리드 전원이 몇 시간 동안 나타나는 경우에만 충전됩니다. 문제는 발전기 자체가 아니라 세 가지 숨겨진 비용입니다. 오토바이나 낙타 운송이 필요한 현장에 연료를 공급하는 것은 펌프 가격의 두 배를 초과할 수 있습니다. 일부 지역에서는 구매량의 10~30%에 해당하는 연료 절도; 유지보수 및 정밀검사는 가동 시간에 따라 상각됩니다. 태양광의 목적은 환경을 보호하는 것이 아닙니다. 주간 부하를 발전기에서 이동시키고 세 가지 비용을 직접적으로 절감하는 것입니다.

세 가지 토폴로지 중에서 선택

태양광 하이브리드는 하나의 디자인이 아닌 세 가지 디자인으로, 잘못 선택하면 투자 회수율이 두 배로 커집니다. 첫 번째는 태양광 우선순위라고도 불리는 태양광 + 배터리 + 디젤 대기입니다. PV는 하루 동안 부하를 처리하고 배터리를 충전하며, 배터리가 가득 차면 전력을 줄이고 디젤은 장기간 흐리거나 배터리가 고갈된 후에만 시동을 겁니다. 발전기 시간을 최소화하고 연간 일사량이 양호하고 주간 집중 부하가 있는 현장에 적합합니다. 이는 사하라 이남 아프리카에서 가장 일반적인 선택입니다. 두 번째는 PV가 부하의 일부(일반적으로 30~50%)만 전달하고 발전기는 더 낮은 연료 소비량으로 이전과 같이 작동하는 태양광 보조 장치가 있는 디젤 1차형입니다. 개조가 가장 간단하고 자본 비용이 저렴하므로 상대적으로 새로운 발전기를 사용하는 대규모 부하 또는 현장에 적합합니다. 세 번째는 발전기가 전혀 없는 순수 태양광 플러스 배터리로, 부하가 500W 미만이고 3일 동안 흐린 날씨가 허용되는 곳에서만 실행 가능합니다. 세 가지 모두에 대한 결정 요인은 조도 자원이 아니라 부하 곡선이 태양 곡선과 얼마나 잘 겹치는가입니다. 높은 중첩은 첫 번째를 선호하고, 낮은 중첩은 두 번째를 더 안전하게 만듭니다.

매일 사이클링 시 실제 배터리 수명

태양광 하이브리드에서 배터리는 매일 전체 주기를 완료합니다. 이는 부동 대기와는 전혀 다르며 많은 프로젝트가 실패하는 부분입니다. 부동 배터리를 지정하고 2년 안에 교체합니다. 선택은 명판 용량이 아닌 세 숫자에 따라 달라집니다. 첫째, 사이클 수명, 특히 지정된 방전 깊이에서의 사이클 수명입니다. 태양광 시스템은 일반적으로 50%~70% DOD로 작동하므로 해당 대역의 데이터를 요청하세요. 둘째, 충전 수용: PV 충전 전력은 조도에 따라 달라지며, 오전과 늦은 오후에는 전류가 낮으며, 낮은 전류에서 배터리가 효과적으로 흡수할 수 있는지 여부가 일일 에너지 회수를 결정합니다. 납-탄소 시리즈(LLC, 300–1,000Ah, 6개 모델)는 PSoC 작업에서 기존 제품에 비해 4~5배의 사이클 수명을 제공하고 약 30% 더 나은 충전 수용성을 제공하며, 정확히 이를 위해 설계되었습니다. 셋째, 고온 동작: 아프리카에서는 캐비닛 온도가 40°C를 넘는 것이 일반적이므로 온도에 따라 사이클 수명을 수정해야 합니다. 딥 사이클 시리즈(FTC, 100–170Ah, 1,500사이클 이상)도 중소 용량에서 적합한 선택입니다.

먼지: 과소평가된 변수

사헬 지역과 건조한 동아프리카 전역에서 먼지는 심하게 과소평가됩니다. 첫째, 오염: 유리 위의 모든 먼지 층은 투과율을 몇 퍼센트 포인트씩 감소시키며, 먼지 폭풍이 발생한 후에는 어레이가 출력을 절반으로 줄일 만큼 두껍게 덮일 수 있습니다. 니제르, 말리, 차드에서는 청소를 건너뛰면 연간 수확량의 20% 이상이 소요될 수 있습니다. 둘째, 열: 백시트의 먼지는 열 방출을 방해하여 셀 온도를 높이고 효율성을 높여 손실을 가중시킵니다. 셋째, 기계적 및 전기적: 정션 박스 및 커넥터에 먼지가 들어가면 접촉 불량 및 아크 위험이 발생하고 인버터 공기 경로의 먼지는 냉각을 차단합니다. 네 가지 설계 응답은 다음과 같습니다. 어레이 기울기를 높여 먼지가 더 쉽게 날아가거나 씻겨 나가도록 합니다. 더 높은 유입 등급을 가진 정션 박스 및 커넥터를 지정하십시오. 자연 냉각형 인버터를 사용하거나 먼지 필터를 장착하여 검사 경로에 추가합니다. '필요에 따라'가 아닌 정의된 빈도(먼지가 많은 계절에는 월별, 그렇지 않은 경우 분기별)로 O&M 계약에 청소를 추가합니다.

회수 계산

투자 회수에는 복잡한 모델이 필요하지 않고 4개의 입력만 필요하며 4개 모두 현장에서 측정할 수 있습니다. 첫째, 현재 연간 디젤 비용: 일일 평균 소비량(리터) × 365 × 운송을 포함한 공급 연료 가격입니다. 부두 가격이 아닌 배송 가격을 사용하세요. 둘째, 개조 후 디젤 비용: 태양광 우선 설계의 경우 일반적으로 원래의 20% ~ 40%에 해당하는 발전기 작동 시간 감소로 규모가 조정됩니다. 세 번째, 연간 PV 생산량: 어레이 용량(kWp) × 지역 등가 최대 태양 시간 × 365 × 시스템 효율 0.75~0.8 × 오염 및 열화 계수 0.85~0.9. 넷째, 모듈, 마운팅, 컨트롤러, 배터리, 운송, 설치 등을 포함한 총 투자입니다. 투자 회수 = 투자 ¼ (개조 전 연간 디젤 비용 - 개조 후 연간 디젤 비용 - 연간 유지 관리 비용). 가장 자주 과장되는 입력은 세 번째입니다. 사람들은 이상적인 태양 시간을 사용하고 오염과 품질 저하를 잊어버립니다. 보수적인 계수를 취하면 계산한 회수액은 실제로 전달될 수 있는 회수액이 됩니다.

어레이와 배터리 크기를 함께 조정

태양광 하이브리드 설계에서 가장 흔한 두 가지 오류는 소형 어레이와 소형 배터리이며 일반적으로 함께 발생합니다. 원칙은 흐린 기간을 제약으로, 일일 에너지 균형을 목표로 삼는 것입니다. 첫째, 일일 소비량: 부하(kW) × 24시간, 주야간 부하가 다른 경우 별도로 계산됩니다. 둘째, 일일 평균 PV 생산량: 어레이 용량(kWp) × 등가 최대 태양 시간 × 시스템 효율 0.75 ~ 0.8 × 오염 계수 0.85. 그 결과는 일일 소비량을 초과해야 하며 일반적으로 계절 변화, 모듈 성능 저하 및 간헐적인 음영을 처리하기 위해 20%~30%의 여유 공간을 확보해야 합니다. 세 번째, 배터리 용량: 일일 소비량 × 흐린 날수 ¼ 방전 깊이(현지 기상 기록에 따른 흐린 날수) - 사헬 지역에서는 2~3일, 동아프리카 고지대에서는 1일 더 있습니다. 세 단계 후에 역방향 점검을 실행하십시오. 가장 긴 흐린 기간이 끝날 때 잔여 배터리 용량이 20% 미만으로 떨어지지 않아야 합니다. 그렇지 않으면 발전기 시동이 눈에 띄게 증가하고 하이브리드의 경제성이 사라집니다. 해당 확인은 자주 건너뛰지만 비율이 건전한지 여부를 알려주는 유일한 확실한 지표입니다. 흔히 놓치는 또 하나의 세부 사항은 어레이 기울기입니다. 먼지가 많은 지역에서 최적의 생성 기울기보다 5~10도를 추가하면 먼지가 더 쉽게 날아가고 시간이 지남에 따라 더 많은 생산량을 얻을 수 있습니다. View Telecom Backup Power Selection