Ngoài Diesel: Sao lưu kết hợp pin năng lượng mặt trời cộng với pin tại các địa điểm không có lưới điện ở Châu Phi

Bài viết

Ngày 8 tháng 10 năm 2019

Các địa điểm không nối lưới trên khắp miền bắc Nigeria, Niger, Mali, Burkina Faso, Ethiopia và Turkana chạy bằng dầu diesel, với chi phí nhiên liệu, vận chuyển và trộm cắp tiêu tốn phần lớn OPEX. Bài viết này đề cập đến ba cấu trúc liên kết và khi áp dụng từng cấu trúc, thời lượng pin thực tế khi đạp xe hàng ngày, biến số bụi bị đánh giá thấp và công thức hoàn vốn với bốn đầu vào mà bạn có thể đo lường tại chỗ.

Một ngày ở địa điểm không có lưới điện

Xung quanh Kano và Kaduna ở miền bắc Nigeria, ở vùng nông thôn Niger, Mali và Burkina Faso, trên cao nguyên Ethiopia, ở vùng Turkana khô cằn của Kenya và các tỉnh xa xôi của Zambia, một ngày điển hình diễn ra như thế này: máy phát điện diesel khởi động trước hoàng hôn và chạy vào ban đêm với tải khoảng 1 đến 3kW; nó tắt qua đêm và pin mang băng tần cơ sở và đường truyền; vào ban ngày, pin tiếp tục hoạt động tại địa điểm cho đến tối, chỉ sạc nếu nguồn điện lưới xuất hiện trong vài giờ. Vấn đề không phải ở bản thân máy phát điện mà ở ba chi phí tiềm ẩn: cung cấp nhiên liệu đến địa điểm, nơi cần vận chuyển bằng xe máy hoặc lạc đà có thể vượt quá giá máy bơm gấp đôi; trộm cắp nhiên liệu, ở một số khu vực chiếm tới 10% đến 30% lượng mua; và chi phí bảo trì, đại tu được khấu hao theo giờ hoạt động. Mục đích của năng lượng mặt trời không phải là môi trường - mà là chuyển tải ban ngày ra khỏi máy phát điện và trực tiếp cắt giảm cả ba chi phí.

Lựa chọn giữa ba cấu trúc liên kết

Năng lượng mặt trời lai không phải là một mà là ba thiết kế, và việc chọn sai sẽ khiến số tiền hoàn vốn tăng gấp đôi. Đầu tiên là năng lượng mặt trời cộng với pin cộng với động cơ diesel dự phòng, còn được gọi là ưu tiên năng lượng mặt trời: PV phục vụ tải và sạc pin theo ngày, cắt giảm khi pin đầy và động cơ diesel chỉ khởi động sau khi trời u ám kéo dài hoặc cạn kiệt pin. Nó giảm thiểu số giờ phát điện và phù hợp với những địa điểm có lượng bức xạ hàng năm tốt và tải tập trung vào ban ngày - lựa chọn phổ biến nhất ở châu Phi cận Sahara. Thứ hai là động cơ diesel sơ cấp có hỗ trợ năng lượng mặt trời, trong đó PV chỉ mang một phần tải, thường là 30% đến 50% và máy phát điện chạy như trước với mức tiêu thụ nhiên liệu thấp hơn. Trang bị thêm đơn giản nhất và rẻ nhất về vốn, nó phù hợp với tải trọng lớn hơn hoặc địa điểm có máy phát điện tương đối mới. Thứ ba là pin năng lượng mặt trời thuần túy và hoàn toàn không có máy phát điện, chỉ khả thi khi tải dưới 500W và rủi ro u ám trong ba ngày là có thể chấp nhận được. Yếu tố quyết định trên cả ba yếu tố này không phải là nguồn bức xạ mà là mức độ chồng chéo của đường cong tải lên đường cong năng lượng mặt trời: độ chồng chéo cao sẽ ưu tiên cho cái đầu tiên, cái chồng chéo thấp giúp cái thứ hai an toàn hơn.

Tuổi thọ pin thực tế khi đạp xe hàng ngày

Trong hệ thống hybrid năng lượng mặt trời, pin hoàn thành một chu trình đầy đủ mỗi ngày, không giống như chế độ chờ phao và là nguyên nhân khiến nhiều dự án thất bại - họ chỉ định sử dụng pin phao và thay thế nó sau hai năm. Việc lựa chọn phụ thuộc vào ba con số chứ không phụ thuộc vào dung lượng bảng tên. Đầu tiên, vòng đời và cụ thể là vòng đời ở độ sâu xả xác định; hệ thống năng lượng mặt trời thường chạy ở mức DOD 50% đến 70%, vì vậy hãy yêu cầu dữ liệu trong dải đó. Thứ hai, khả năng chấp nhận sạc: Công suất sạc PV thay đổi theo bức xạ, dòng điện thấp vào buổi sáng và chiều muộn, và liệu pin có thể hấp thụ hiệu quả ở dòng điện thấp hay không sẽ quyết định khả năng phục hồi năng lượng hàng ngày. Dòng chì-cacbon (LLC, 300–1.000Ah, sáu mẫu) mang lại vòng đời gấp bốn đến năm lần so với sản phẩm thông thường ở chế độ PSoC với khả năng chấp nhận sạc tốt hơn khoảng 30% và được thiết kế chính xác cho mục đích này. Thứ ba, hoạt động ở nhiệt độ cao: nhiệt độ tủ trên 40°C là điều thường thấy ở Châu Phi, vì vậy vòng đời phải được điều chỉnh theo nhiệt độ. Dòng chu kỳ sâu (FTC, 100–170Ah, 1.500 chu kỳ trở lên) cũng là một lựa chọn hợp lý ở công suất vừa và nhỏ.

Bụi: Biến bị đánh giá thấp

Trên khắp Sahel và Đông Phi khô cằn, bụi bị đánh giá thấp. Đầu tiên, làm bẩn: mỗi lớp bụi trên kính làm giảm độ truyền qua vài phần trăm và sau một cơn bão bụi, mảng này có thể được bao phủ đủ dày để giảm một nửa sản lượng. Ở Niger, Mali và Chad, việc bỏ qua việc dọn dẹp có thể gây thiệt hại hơn 20% sản lượng hàng năm. Thứ hai, nhiệt: bụi trên tấm nền cản trở quá trình thải nhiệt, làm tăng nhiệt độ tế bào và hiệu quả cắt, làm tăng tổn thất. Thứ ba, về cơ và điện: bụi xâm nhập vào hộp nối và đầu nối gây ra nguy cơ tiếp xúc và hồ quang kém, đồng thời bụi trong đường dẫn khí của biến tần sẽ cản trở quá trình làm mát. Bốn phản ứng thiết kế sau đây: tăng độ nghiêng của mảng để bụi được thổi hoặc rửa sạch dễ dàng hơn; chỉ định các hộp nối và đầu nối có chỉ số xâm nhập cao hơn; sử dụng bộ biến tần làm mát tự nhiên hoặc lắp bộ lọc bụi và bổ sung chúng vào lộ trình kiểm tra; và đưa việc dọn dẹp vào hợp đồng O&M với tần suất xác định - hàng tháng trong mùa bụi, nếu không thì hàng quý - thay vì 'theo yêu cầu'.

Tính toán hoàn vốn

Hoàn vốn không cần mô hình phức tạp, chỉ cần bốn đầu vào và tất cả bốn đầu vào đều có thể được đo lường tại chỗ. Đầu tiên, chi phí diesel hàng năm hiện tại: mức tiêu thụ trung bình hàng ngày tính bằng lít × 365 × giá nhiên liệu được giao bao gồm cả vận chuyển. Sử dụng giá giao hàng, không phải giá cầu cảng. Thứ hai, chi phí diesel sau trang bị thêm: quy mô bằng cách giảm số giờ chạy máy phát điện, mà đối với các thiết kế ưu tiên sử dụng năng lượng mặt trời thường bằng 20% ​​đến 40% so với ban đầu. Thứ ba, hiệu suất quang điện hàng năm: công suất mảng tính bằng kWp × số giờ nắng cao điểm tương đương cục bộ × 365 × hiệu suất hệ thống từ 0,75 đến 0,8 × hệ số làm bẩn và suy thoái từ 0,85 đến 0,9. Thứ tư, tổng mức đầu tư bao gồm mô-đun, giá đỡ, bộ điều khiển, pin, vận chuyển và lắp đặt. Khoản hoàn vốn = khoản đầu tư ÷ (chi phí diesel hàng năm trước khi trang bị thêm - chi phí diesel hàng năm sau trang bị thêm - chi phí bảo trì hàng năm). Thông tin đầu vào thường được cường điệu hóa nhiều nhất là thông tin thứ ba: mọi người sử dụng số giờ nắng lý tưởng mà quên đi sự bẩn thỉu và xuống cấp. Lấy các hệ số thận trọng và khoản hoàn vốn mà bạn tính toán là khoản hoàn vốn thực sự có thể được chuyển giao.

Định cỡ mảng và pin cùng nhau

Hai lỗi phổ biến nhất trong thiết kế hybrid năng lượng mặt trời là mảng pin có kích thước nhỏ và pin quá nhỏ và chúng thường xảy ra cùng nhau. Nguyên tắc là coi giai đoạn u ám là hạn chế và cân bằng năng lượng hàng ngày là mục tiêu, theo ba bước. Đầu tiên, mức tiêu thụ hàng ngày: tải tính bằng kW × 24 giờ, được tính riêng khi tải ngày và đêm khác nhau. Thứ hai, hiệu suất quang điện trung bình hàng ngày: công suất mảng tính bằng kWp × số giờ nắng cao điểm tương đương × hiệu suất hệ thống từ 0,75 đến 0,8 × hệ số bẩn là 0,85. Kết quả đó phải vượt quá mức tiêu thụ hàng ngày, thông thường với khoảng trống từ 20% đến 30% để bù đắp cho sự thay đổi theo mùa, suy giảm mô-đun và bóng râm không thường xuyên. Thứ ba, dung lượng pin: mức tiêu thụ hàng ngày × ngày u ám ` độ sâu xả điện, với những ngày u ám được lấy từ hồ sơ thời tiết địa phương - hai đến ba ở Sahel, một nữa ở vùng cao nguyên Đông Phi. Sau ba bước, hãy tiến hành kiểm tra ngược lại: khi kết thúc khoảng thời gian u ám dài nhất, dung lượng pin còn lại không được giảm xuống dưới 20%, nếu không số lần khởi động máy phát điện sẽ tăng lên rõ rệt và tính kinh tế của xe hybrid biến mất. Việc kiểm tra đó thường bị bỏ qua, tuy nhiên nó là dấu hiệu chắc chắn duy nhất để biết liệu tỷ lệ đó có hợp lý hay không. Một chi tiết nữa thường bị bỏ qua là độ nghiêng mảng: ở những vùng có nhiều bụi, việc tăng thêm 5 đến 10 độ vượt quá độ nghiêng thế hệ tối ưu sẽ giúp bụi thổi bay dễ dàng hơn và mang lại hiệu quả cao hơn theo thời gian. View Telecom Backup Power Selection