Poza silnikiem Diesla: hybrydowe zasilanie awaryjne z baterii słonecznej i baterii w afrykańskich lokalizacjach poza siecią

Artykuł

8 października 2019 r

Obiekty pozbawione sieci energetycznej w północnej Nigerii, Nigrze, Mali, Burkina Faso, Etiopii i Turkanie napędzane są olejem napędowym, a większość kosztów OPEX pochłaniają koszty paliwa, transportu i kradzieże. W tym artykule omówiono trzy topologie i, jeśli każda z nich ma zastosowanie, rzeczywisty czas pracy baterii w codziennej pracy na rowerze, niedocenianą zmienną pyłu oraz wzór zwrotu kosztów z czterema danymi wejściowymi, który można zmierzyć na miejscu.

Dzień w miejscu poza siecią

W okolicach Kano i Kaduna w północnej Nigerii, na obszarach wiejskich Nigru, Mali i Burkina Faso, na wyżynach Etiopii, w suchym regionie Turkana w Kenii i w peryferyjnych prowincjach Zambii typowy dzień wygląda następująco: generator diesla uruchamia się przed zmierzchem i pracuje do nocy przy obciążeniu od około 1 do 3 kW; wyłącza się na noc, a akumulator obsługuje pasmo podstawowe i transmisję; w dzień akumulator zasila plac budowy aż do wieczora, ładując się tylko wtedy, gdy na kilka godzin pojawi się zasilanie z sieci. Problemem nie jest sam generator, ale trzy ukryte koszty: dostarczenie paliwa na miejsce, które w przypadku konieczności transportu motocyklem lub wielbłądem może przekroczyć dwukrotnie cenę pompy; kradzież paliwa, która w niektórych obszarach sięga od 10% do 30% zakupionego wolumenu; oraz konserwacja i remonty amortyzowane według godzin pracy. Celem energii słonecznej nie jest ochrona środowiska — polega na odciążeniu generatora w ciągu dnia i bezpośrednim obniżeniu wszystkich trzech kosztów.

Wybór spośród trzech topologii

Hybryda słoneczna to nie jeden projekt, ale trzy, a błędny wybór podwaja zwrot kosztów. Pierwsza to tryb gotowości z energią słoneczną, akumulatorem i olejem napędowym, zwany także priorytetem energii słonecznej: fotowoltaika obsługuje obciążenie i ładuje akumulator w ciągu dnia, wyłącza się, gdy akumulator jest pełny, a olej napędowy uruchamia się dopiero po długotrwałym zachmurzeniu lub wyczerpaniu akumulatora. Minimalizuje godziny pracy generatora i jest odpowiedni dla miejsc o dobrym rocznym natężeniu promieniowania i skoncentrowanym obciążeniu w ciągu dnia — najczęstszy wybór w Afryce Subsaharyjskiej. Drugi to silnik wysokoprężny ze wspomaganiem słonecznym, w którym fotowoltaika przenosi tylko część obciążenia, zwykle od 30% do 50%, a generator pracuje jak poprzednio przy niższym zużyciu paliwa. Najprostszy w modernizacji i najtańszy pod względem kapitału, pasuje do większych obciążeń lub miejsc ze stosunkowo nowym generatorem. Trzeci to bateria słoneczna plus bateria bez generatora, opłacalna tylko przy obciążeniu poniżej 500 W i akceptowalne jest ryzyko pochmurnego dnia przez trzy dni. Decydującym czynnikiem we wszystkich trzech przypadkach nie jest natężenie promieniowania, ale to, jak dobrze krzywa obciążenia pokrywa się z krzywą słoneczną: duże nakładanie faworyzuje pierwszą, niskie nakładanie się sprawia, że ​​druga jest bezpieczniejsza.

Prawdziwa żywotność baterii w codziennej pracy na rowerze

W hybrydzie słonecznej akumulator codziennie wykonuje pełny cykl, co w niczym nie przypomina trybu gotowości w trybie pływającym i w tym przypadku wiele projektów kończy się niepowodzeniem — zaleca się akumulator pływakowy i wymienia go za dwa lata. Wybór zależy od trzech cyfr, a nie od pojemności z tabliczki znamionowej. Po pierwsze, żywotność cykliczna, a konkretnie żywotność cykliczna przy określonej głębokości rozładowania; systemy słoneczne zwykle pracują przy 50% do 70% DOD, więc poproś o dane w tym zakresie. Po drugie, akceptacja ładunku: moc ładowania modułów fotowoltaicznych zmienia się w zależności od natężenia promieniowania, prąd jest niski rano i późnym popołudniem, a codzienny odzysk energii zależy od tego, czy akumulator może skutecznie absorbować energię przy niskim natężeniu. Seria ołowiowo-węglowa (LLC, 300–1000 Ah, sześć modeli) zapewnia od czterech do pięciu razy dłuższą żywotność cykliczną w porównaniu z konwencjonalnymi produktami przy obciążeniu PSoC z około 30% lepszą akceptacją ładunku i została zaprojektowana dokładnie pod tym kątem. Po trzecie, zachowanie w wysokich temperaturach: temperatury szafek powyżej 40°C są w Afryce rutyną, dlatego cykl życia musi być skorygowany o temperaturę. Seria o głębokim cyklu (FTC, 100–170 Ah, 1500 cykli lub więcej) to także rozsądny wybór w przypadku małych i średnich pojemności.

Pył: niedoceniana zmienna

W całym regionie Sahelu i suchej Afryce Wschodniej poziom pyłu jest zdecydowanie niedoceniany. Po pierwsze, zanieczyszczenie: każda warstwa kurzu na szkle zmniejsza przepuszczalność o kilka punktów procentowych, a po burzy piaskowej matryca może zostać pokryta wystarczająco grubo, aby zmniejszyć wydajność o połowę. W Nigrze, Mali i Czadzie pominięcie czyszczenia może kosztować ponad 20% rocznego plonu. Po drugie, termiczne: kurz na spodniej stronie utrudnia odprowadzanie ciepła, podnosząc temperaturę ogniwa i wydajność cięcia, zwiększając straty. Po trzecie, mechaniczne i elektryczne: pył przedostający się do skrzynek przyłączeniowych i złączy powoduje słaby kontakt i ryzyko łuku, a pył w drogach powietrznych falownika blokuje chłodzenie. Następują cztery rozwiązania projektowe: zwiększyć nachylenie matrycy, aby kurz był łatwiej wydmuchiwany i zmywany; określić puszki przyłączeniowe i złącza o wyższej klasie wnikania; użyj falowników chłodzonych naturalnie lub zamontuj filtry przeciwpyłowe i dodaj je do trasy inspekcji; i wpisz sprzątanie do umowy O&M z określoną częstotliwością – co miesiąc w sezonie zapylonym, w przeciwnym razie co kwartał – a nie „w razie potrzeby”.

Obliczanie zwrotu

Zwrot nie wymaga skomplikowanego modelu, wystarczą cztery wejścia, a wszystkie cztery można zmierzyć na miejscu. Po pierwsze, aktualny roczny koszt oleju napędowego: średnie dzienne zużycie w litrach × 365 × cena dostarczonego paliwa z uwzględnieniem transportu. Użyj ceny dostarczonej, a nie ceny na molo. Po drugie, koszt oleju napędowego po modernizacji: skala poprzez skrócenie czasu pracy generatora, który w przypadku projektów z priorytetem energii słonecznej wynosi zwykle od 20% do 40% pierwotnej. Po trzecie, roczny uzysk fotowoltaiczny: moc układu w kWp × lokalne równoważne godziny szczytowego nasłonecznienia × 365 × wydajność systemu od 0,75 do 0,8 × współczynnik zabrudzenia i degradacji od 0,85 do 0,9. Po czwarte, całkowita inwestycja obejmująca moduły, montaż, sterownik, akumulator, transport i instalację. Zwrot = inwestycja ÷ (roczny koszt oleju napędowego przed modernizacją – roczny koszt oleju napędowego po modernizacji – roczny koszt utrzymania). Trzeci najczęściej zawyżany wkład to trzeci: ludzie korzystają z idealnych godzin nasłonecznienia i zapominają o zabrudzeniu i degradacji. Weź konserwatywne współczynniki, a obliczony zwrot będzie faktycznie możliwy do uzyskania.

Łączne wymiarowanie macierzy i baterii

Dwa najczęstsze błędy w projektach hybrydowych instalacji fotowoltaicznych to zbyt mały układ i zbyt mały akumulator, które zwykle występują razem. Zasadą jest traktowanie okresu pochmurnego jako ograniczenia, a dziennego bilansu energetycznego jako celu, w trzech krokach. Po pierwsze, dzienne zużycie: obciążenie w kW × 24 godziny, obliczane oddzielnie, gdzie obciążenia dzienne i nocne różnią się. Po drugie, średnia dzienna wydajność fotowoltaiczna: moc układu w kWp × równoważne godziny szczytowe nasłonecznienia × wydajność systemu od 0,75 do 0,8 × współczynnik zabrudzenia 0,85. Wynik ten musi przekraczać dzienne zużycie, zwykle z 20% do 30% rezerwy na pokrycie sezonowych wahań, degradacji modułów i okazjonalnych zacienień. Po trzecie, pojemność baterii: dzienne zużycie × dni pochmurne ÷ głębokość rozładowania, przy czym dni pochmurne pochodzą z lokalnych zapisów pogodowych – od dwóch do trzech w Sahelu i jeszcze jeden na wyżynach Afryki Wschodniej. Po wykonaniu trzech kroków wykonaj kontrolę odwrotną: pod koniec najdłuższego okresu pochmurnego poziomu resztkowa akumulatora nie powinna spaść poniżej 20%, w przeciwnym razie liczba uruchomień generatora znacznie wzrośnie, a ekonomika hybrydy zniknie. Kontrola ta jest często pomijana, a mimo to stanowi jedyny niewątpliwy wskaźnik tego, czy stosunek jest prawidłowy. Kolejnym często pomijanym szczegółem jest nachylenie matrycy: w zapylonych obszarach dodanie od 5 do 10 stopni nachylenia powyżej optymalnej generacji pozwala na łatwiejsze wydmuchanie kurzu i z czasem uzyskuje więcej. View Telecom Backup Power Selection