Di Luar Diesel: Sandaran Hibrid Solar-Plus-Bateri di Tapak Luar Grid Afrika

Artikel

8 Oktober 2019

Tapak luar grid di seluruh Nigeria utara, Niger, Mali, Burkina Faso, Ethiopia dan Turkana menggunakan diesel, dengan kos bahan api, pengangkutan dan kecurian memakan sebahagian besar OPEX. Artikel ini merangkumi tiga topologi dan apabila setiap satu digunakan, hayat bateri sebenar di bawah kitaran harian, pembolehubah habuk yang dikurangkan dan formula bayaran balik dengan empat input yang boleh anda ukur di tapak.

Sehari di Tapak Luar Grid

Sekitar Kano dan Kaduna di utara Nigeria, di luar bandar Niger, Mali dan Burkina Faso, di tanah tinggi Ethiopia, di wilayah Turkana yang gersang di Kenya dan di wilayah terpencil Zambia, hari biasa berjalan seperti ini: penjana diesel bermula sebelum senja dan berjalan ke malam dengan beban kira-kira 1 hingga 3kW; ia ditutup semalaman dan bateri membawa jalur asas dan penghantaran; pada siang hari bateri terus membawa tapak sehingga petang, mengecas hanya jika kuasa grid muncul selama beberapa jam. Masalahnya bukan penjana itu sendiri tetapi tiga kos tersembunyi: menghantar bahan api ke tapak, yang mana pengangkutan motosikal atau unta diperlukan boleh melebihi dua kali ganda harga pam; kecurian bahan api, yang di sesetengah kawasan berjalan pada 10% hingga 30% daripada jumlah yang dibeli; dan penyelenggaraan dan baik pulih dilunaskan mengikut jam berjalan. Tujuan solar bukan alam sekitar - ia adalah untuk memindahkan beban siang hari dari penjana dan mengurangkan ketiga-tiga kos secara langsung.

Memilih Antara Tiga Topologi

Hibrid solar bukan satu reka bentuk tetapi tiga, dan memilih yang salah menggandakan bayaran balik. Yang pertama ialah solar tambah bateri ditambah diesel siap sedia, juga dipanggil solar-keutamaan: PV menyediakan beban dan mengecas bateri mengikut hari, mengehadkan apabila bateri penuh dan diesel hanya bermula selepas mendung berpanjangan atau kehabisan bateri. Ia meminimumkan jam penjana dan sesuai dengan tapak dengan sinaran tahunan yang baik dan beban tertumpu siang hari — pilihan yang paling biasa di sub-Sahara Afrika. Yang kedua ialah diesel-utama dengan bantuan solar, di mana PV hanya membawa sebahagian daripada beban, biasanya 30% hingga 50%, dan penjana berjalan seperti sebelumnya pada penggunaan bahan api yang lebih rendah. Paling mudah untuk diubah suai dan paling murah dalam modal, ia sesuai dengan beban yang lebih besar atau tapak dengan penjana yang agak baharu. Yang ketiga ialah bateri solar plus tulen tanpa penjana sama sekali, berdaya maju hanya apabila beban di bawah 500W dan tiga hari risiko mendung boleh diterima. Faktor penentu merentas ketiga-tiganya bukanlah sumber sinaran tetapi sejauh mana keluk beban bertindih dengan keluk suria: bertindih yang tinggi memihak kepada yang pertama, bertindih rendah menjadikan yang kedua lebih selamat.

Hayat Bateri Sebenar Di Bawah Berbasikal Harian

Dalam hibrid solar, bateri melengkapkan kitaran penuh setiap hari, yang tidak seperti siap sedia terapung dan di mana banyak projek gagal - mereka menentukan bateri terapung dan menggantikannya dalam masa dua tahun. Pemilihan bergantung pada tiga angka, bukan pada kapasiti papan nama. Pertama, hayat kitaran, dan khususnya hayat kitaran pada kedalaman nyahcas yang dinyatakan; sistem suria biasanya berjalan pada 50% hingga 70% DOD, jadi minta data dalam jalur itu. Kedua, penerimaan caj: Kuasa pengecasan PV berbeza mengikut sinaran, arus rendah pada waktu pagi dan lewat petang, dan sama ada bateri boleh menyerap dengan berkesan pada arus rendah menentukan pemulihan tenaga harian. Siri plumbum-karbon (LLC, 300–1,000Ah, enam model) menyampaikan empat hingga lima kali hayat kitaran produk konvensional dalam tugas PSoC dengan penerimaan caj lebih kurang 30% lebih baik, dan direka bentuk untuk ini. Ketiga, tingkah laku suhu tinggi: suhu kabinet melebihi 40°C adalah rutin di Afrika, jadi hayat kitaran mesti diperbetulkan untuk suhu. Siri kitaran dalam (FTC, 100–170Ah, 1,500 kitaran atau lebih) juga merupakan pilihan yang baik pada kapasiti kecil dan sederhana.

Debu: Pembolehubah Dikurangkan

Di seberang Sahel dan Afrika Timur yang gersang, habuk amat dipandang remeh. Pertama, mengotorkan: setiap lapisan habuk pada kaca mengurangkan penghantaran dengan beberapa mata peratusan, dan selepas ribut habuk tatasusunan mungkin ditutup dengan cukup tebal untuk mengurangkan separuh keluaran. Di Niger, Mali dan Chad, melangkau pembersihan boleh menelan belanja lebih daripada 20% daripada hasil tahunan. Kedua, terma: habuk pada lembaran belakang menghalang penolakan haba, meningkatkan suhu sel dan kecekapan pemotongan, menambah kerugian. Ketiga, mekanikal dan elektrik: habuk memasuki kotak simpang dan penyambung menyebabkan hubungan yang lemah dan risiko arka, dan habuk dalam laluan udara penyongsang menghalang penyejukan. Empat tindak balas reka bentuk berikut: tingkatkan kecondongan tatasusunan supaya habuk diterbangkan atau dicuci dengan lebih mudah; nyatakan kotak simpang dan penyambung dengan penarafan kemasukan yang lebih tinggi; gunakan penyongsang yang disejukkan secara semula jadi atau penapis habuk muat dan tambahkannya ke laluan pemeriksaan; dan meletakkan pembersihan ke dalam kontrak O&M dengan kekerapan yang ditetapkan — setiap bulan dalam musim habuk, setiap suku tahun sebaliknya — dan bukannya 'seperti yang diperlukan'.

Mengira Bayaran Balik

Bayaran balik tidak memerlukan model yang rumit, hanya empat input dan keempat-empatnya boleh diukur di tapak. Pertama, kos diesel tahunan semasa: purata penggunaan harian dalam liter × 365 × harga bahan api penghantaran termasuk pengangkutan. Gunakan harga yang dihantar, bukan harga jeti. Kedua, kos diesel pasca-retrofit: skala mengikut pengurangan waktu operasi penjana, yang untuk reka bentuk keutamaan solar biasanya kepada 20% hingga 40% daripada yang asal. Ketiga, hasil PV tahunan: kapasiti tatasusunan dalam kWp × waktu puncak matahari setara tempatan × 365 × kecekapan sistem 0.75 hingga 0.8 × faktor kekotoran dan degradasi 0.85 hingga 0.9. Keempat, jumlah pelaburan termasuk modul, pemasangan, pengawal, bateri, pengangkutan dan pemasangan. Bayaran balik = pelaburan ÷ (kos diesel tahunan pra-retrofit − kos diesel tahunan selepas retrofit − kos penyelenggaraan tahunan). Input yang paling sering dilebih-lebihkan ialah yang ketiga: orang menggunakan waktu matahari yang ideal dan melupakan kekotoran dan degradasi. Ambil pekali konservatif dan bayaran balik yang anda kira adalah yang sebenarnya boleh dihantar.

Saiz Array dan Bateri Bersama-sama

Dua ralat yang paling biasa dalam reka bentuk hibrid suria ialah tatasusunan bersaiz kecil dan bateri bersaiz kecil, dan ia biasanya berlaku bersama-sama. Prinsipnya adalah untuk menganggap tempoh mendung sebagai kekangan dan keseimbangan tenaga harian sebagai objektif, dalam tiga langkah. Pertama, penggunaan harian: beban dalam kW × 24 jam, dikira secara berasingan di mana beban siang dan malam berbeza. Kedua, purata hasil PV harian: kapasiti tatasusunan dalam kWp × waktu puncak matahari bersamaan × kecekapan sistem 0.75 hingga 0.8 × faktor kekotoran 0.85. Keputusan itu mesti melebihi penggunaan harian, biasanya dengan 20% hingga 30% ruang kepala untuk menampung variasi bermusim, kemerosotan modul dan teduhan sekali-sekala. Ketiga, kapasiti bateri: penggunaan harian × hari mendung ÷ kedalaman pelepasan, dengan hari mendung diambil daripada rekod cuaca tempatan — dua hingga tiga di Sahel, satu lagi di tanah tinggi Afrika Timur. Selepas tiga langkah, jalankan semakan terbalik: pada penghujung tempoh mendung terpanjang, baki kapasiti bateri tidak boleh jatuh di bawah 20%, atau permulaan penjana akan meningkat dengan ketara dan ekonomi hibrid hilang. Semakan itu sering dilangkau, namun ia adalah satu-satunya penunjuk yang sukar untuk sama ada nisbahnya adalah baik. Satu butiran lanjut yang sering terlepas ialah kecondongan tatasusunan: di kawasan berdebu, penambahan 5 hingga 10 darjah melebihi kecondongan generasi optimum membolehkan habuk bertiup dengan lebih mudah dan menghasilkan lebih banyak dari semasa ke semasa. View Telecom Backup Power Selection