Кейс-студия за 140 kW вятърно-слънчева хибридна система във Великобритания

Информация за клиента и неговите изисквания:

Клиентът е от Обединеното кралство и притежател на мебелна компания. Заводът му има изключително високо електрическо потребление – 300 кВч на ден. В момента клиентът вече разполага с 40 kW мрежова слънчева система, но е ясно, че тя не може да задоволи електрическите му нужди. Идеята на клиента в момента е да инсталира вятърни турбини, слънчеви панели и батерии за съхранение на енергия, за да създаде вятърно-слънчева хибридна система, която може да осигури самостоятелно производство и самостоятелно потребление на електроенергия по-голямата част от времето. Дори и през продължителните дъждовни сезони системата ще позволява използването на електроенергия от мрежата през нощта (по-евтината електроенергия) и разреждане на батериите през деня.

Анализ

Първо, ние проверихме скоростта на вятъра при клиента на височина 15 метра. Средната скорост на вятъра при клиента е 6,5 м/с, което е изключително подходящо за вятърни турбини. Това означава, че можем често да работим с пълна мощност. Затова препоръчваме използването на хибридна вятърно-слънчева система. 20 kW DK вятърна турбина се очаква да генерира повече от 150 кВтч на ден. Консервативно оценено, текущата 40 kW система за производство на електроенергия на клиента генерира 35 000 кВтч електричество годишно. Следователно дневното производство на електроенергия е приблизително 95 кВтч. Защо е толкова ниско? Това се дължи на факта, че в Обединеното кралство има около 150 дъждовни дни годишно, което води до недостатъчно дневно производство на електроенергия. Затова трябва да обсъдим този въпрос по категоричен начин. Когато вече има съществуваща 20 kW вятърна турбина и достатъчно слънчева светлина, през 8-часовия работен ден вятърната турбина и 40 kW слънчевите панели се очаква да осигурят 170 кВтч енергия. Останалият дефицит от 130 кВтч енергия може да се покрие чрез батерии или електропреносната мрежа. Ако вали, 40 kW слънчевите панели практически не могат да произвеждат енергия. Вятърната турбина може да осигури 40 кВтч енергия за 8 часа, така че все още са необходими 260 кВтч енергия от батерии или електропреносната мрежа. Ако възникне специална ситуация, при която вали и няма вятър, цялата необходима енергия – 300 кВтч – ще трябва да се осигури изключително от батерии или електропреносната мрежа.

Тъй като дълбочината на разреждане на високоволтовата батерия е 95 %, капацитетът на батерията трябва да е поне 315 kWh. Клиентът вече е планирал да закупи 2 комплекта литиеви батерии по 240 kWh, така че този капацитет на батерията е достатъчен. След това трябва да изчислим как да се зареди напълно 480 kWh батерията при условие на слънчева светлина и да се минимизира вероятността от купуване на електроенергия от мрежата колкото е възможно повече. Енергията, генерирана от вятърната турбина за 24 часа, е приблизително 150 kWh. Следователно остава още пространство за 330 kWh. Ако се добавят 300 kWh, консумирани за 8 часа, са необходими поне 120 kW слънчеви панели, което означава, че са нужни допълнително още 80 kW слънчеви панели.

Средното дневно електроенергийно потребление на клиента е 8 часа и 300 kWh. При вземане предвид фактори като индуктивни натоварвания, мощността на инвертора трябва да е по-голяма от 60 kW.

Решение

След горната анализа първоначалният ни план е да използваме 140 kW виндовено-слънчева гибридна система : 20 kW вятърна турбина DK, заедно с 120 kW слънчеви панели, два аккумулатора по 240 kWh и инвертора на Solis S6-EH3P(75-125)K10-NV-YD-H. Този инвертор има 10 входни порта MPPT, като един входен порт може да поеме DC вход от 20 kW. Следователно нашият контролер за вятърната турбина също може да бъде директно свързан към този инвертор.

Клиентът одобри това решение за хибридната вятърно-слънчева система от 140 kW. Обаче поради местните регулации и ограниченията на мястото за инсталация клиентът ни информира, че се нуждае и от алтернативно решение за чиста фотоволтаична система.

В следващата фаза можем да извършим изчисления за чиста система от слънчеви панели.